İç ortamdaki inorganik ve organik kirleticilerin yeni teknolojiler ile giderilmesi

Abstract

İç ortamda en yaygın olarak bulunan uçucu organik bileşikler (UOB), partiküler madde (PM), karbon monoksit (CO), ozon (O3), azot oksitleri (NOx), kükürt oksitleri (SOx), polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH) ve klorlu dioksinlerdir. Bu kirleticilere uzun süre boyunca ve yüksek konsantrasyonda maruz kalındığında, özellikle kalp ve solunum yolu rahatsızlıklarına yakalanma ihtimalleri artmaktadır. Kirleticiler farklı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olduğundan dolayı, tek bir teknoloji kullanılarak tamamının bertaraf edilmesi mümkün değildir. Bu çalışmada, yapılan araştırmalar sonucunda inorganik kirleticiler için adsorpsiyon teknolojisi seçilirken organik kirleticiler için fotokatalitik oksidasyon teknolojisi tercih edilmiştir. Çalışmanın ilk kısmında; iç ortam havasında bulunan inorganik kirleticilerden CO2'nin giderimi için kullanılan teknolojilerden, adsorpsiyon ve amin ile fonksiyonelleştirilmiş adsorbanların ev tipi uygulamalar için en uygun seçenek olduğuna karar verilmiştir. 3 farklı hava temizleyici prototip tasarımı yapılmış ve en iyi performansı gösteren tasarım için 50 çevrimlik adsorban ömür testi gerçekleştirilmiştir. Bu testler sırasında her 10 çevrimde bir numuneler alınmış ve bu numunelere TGA'da hızlandırılmış ömür testi uygulanmıştır. Adsorban yapısındaki kimyasal değişimleri gözlemlemek adına FTIR analizleri yapılmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında; iç ortam havasında bulunan uçucu organik bileşiklerden benzenin giderimi için en ideal yöntemin, TiO2'nin katalizör olarak kullanıldığı fotokatalitik oksidasyon yöntemi olduğuna karar verilmiştir. TiO2 bazlı fotokatalizör, titanyum tetraizopropoksit, hidroklorik asit, etanol ve su kullanılarak sol-jel yöntemi ile toz formda sentezlenmiştir. Aynı zamanda, UV ışığının yanısıra görünür bölge ışığı ile de aktifleşebilen metal katkılı TiO2 elde edebilmek için demir sülfat heptahidrat (FeSO4.7H2O) metal tuzu eklenerek sol-jel yöntemi ile Fe-TiO2 elde edilmiştir. Elektrospinning çözeltisi olarak ağırlıkça %10 PAN (poliakrilonitril), DMF (dimetilformamid) içinde çözülmüştür. PAN içeren elektrospinning çözeltisine ağırlıkça farklı oranlarda TiO2 (PAN/TiO2 1/0, 1/0.05; 1/0.1; 1/0.3; 1/0.5; 1/0.7; 1/1 a/a) eklenerek 24 saat boyunca manyetik karıştırma ile 30 dakika ultrasonik karıştırma işlemi uygulanmış, ardından elektrospinning yöntemi ile membran üretimi gerçekleştirilmiştir. ImageJ yazılımı yardımıyla nanolif yapılı membranların ortalama lif çapları ölçülmüştür. TiO2 bazlı katalizörler kalsinasyon uygulanmadan ve kalsinasyon uygulanarak sentezlenmiş ve her iki tipteki katalizör de yukarıda belirtilen konsantrasyonlarda membran yapısına katılmış, SEM analizi ile iki yapı arasındaki fark gözlemlenmiştir. EDX dedektörü ile yarıkantitatif elementel analiz yapılarak membran yapısındaki TiO2 miktarları belilenmiştir. SEM analizleri incelendiğinde, en düzgün lif yapısının oluştuğu 3 farklı konsantrasyon (PAN/TiO2: 1/0.3; 1/0.7; 1/1 a/a) belirlenmiştir. Bu 3 farklı konsantrasyon için, TiO2 ve Fe-TiO2 bazlı fotokatalizör katkılı kompozit yapılı toplam 6 adet nanolif filtre elektrospinning yöntemi ile sentezlenmiştir. Her bir filtrenin boyutu 5 cm x 5 cm x 1 mm (en x boy x kalınlık) olacak şekilde ayarlanmış ve plastik çerçevelerle sabitlenmiştir. Fotokatalitik performans testleri, 25 L sızdırmaz kabin içinde, UV ışık kaynağı kullanılarak, TiO2 ve Fe-TiO2 katkılı kompozit membran filtreler tarafından yaklaşık 80 ppm başlangıç benzen konsantrasyonuyla, 5 saat boyunca gerçekleştirilmiştir. Bu testlerin sonucunda, TiO2 ve Fe-TiO2 katkılı membranlar arasından en iyi performansı gösteren numune ağırlıkça PAN/TiO2 oranı 1/0.3 olan membrandır. Katkısız PAN membran, TiO2 (PAN/TiO2: 1/0.3 a/a) ve Fe-TiO2 (PAN/Fe-TiO2: 1/0.3 a/a) bazlı üç filtrenin karakterizasyonu için EDX, TGA, FTIR, XRD, BET, UV-Vis analizleri yapılmıştır.