Bazı çevresel kirleticilerin katalitik indirgenmesi için kitosan/NiO mikroküreler üzerinde desteklenen paladyum nano-katalizörün tasarımı ve karakterizasyonu

Abstract

Aromatik nitro bileşikleri ve organik boyalar, sucul yaşam, çevre ve insan sağlığı için oldukça tehlikeli olan, su/atıksuda bulunan en önemli çevresel kirleticilerden biridir. Bu yüzden bu kirleticilerin, su/atık sudan, etkili, basit ve ekonomik teknolojiler kullanılarak uzaklaştırılması, dünya çapında önemli bir konu haline gelmiştir. Katalitik indirgeme yöntemi bu çevresel kirleticilerin giderimi için kullanılan en etkili prosedürlerden biri olarak kabul edilmektedir. Bu çalışmada, kitosan-NiO partiküllerinden oluşan mikro küreler üzerinde paladyum nanopartiküllerin stabilize edilmesi ile yeni bir heterojen katalizör sistemi geliştirilmiştir. Geliştirilen Pd-KS-NiO nanokatalizörün yapısı FT-IR/ATR, XRD, FE-SEM, EDS, TEM analizleri kullanılarak aydınlatılmış ve ortalama partikül boyutu 10 nm olarak bulunmuştur. Daha sonra, sentezlenen Pd-KS-NiO nanokatalizörün katalitik gücü 4-nitro-o-fenilendiamin (4-NPDA), 4-nitrofenol (4-NP), 4-nitroanilin (4-NA), 2-nitroanilin (2-NA) gibi aromatik nitro bileşikleri ve metilen mavisi (MB), metil oranj (MO) ve rodamin B (RhB) gibi organik boyaların NaBH4 kullanarak katalitik indirgenmesinde test edilmiştir. Katalitik testler, UV-Vis spektrofotometresi kullanılarak takip edilmiş ve Pd-KS-NiO nanokatalizörünün bu kirleticileri 0-145 saniye içinde başarılı bir şekilde indirgediği bulunmuştur. Pd-KS-NiO katalizli 2-NA, 4-NP, 4-NA, 4-NPDA, MO ve RhB katalitik indirgenmeleri için hız sabitleri sırası ile 0.017 s-1, 0.011s-1, 0.006 s-1, 0.013 s-1, 0.023 s−1 ve 0.03 s−1 olarak hesaplanmıştır. Daha da önemlisi, Pd-KS-NiO nanokatalizörün mikro küre yapısı ve heterojen doğası nedeniyle, tepkime ortamından kolayca geri kazanılmış ve ardışık yedi çalışmada, katalitik performansında, yüzey morfolojisinde ve kimyasal yapısında önemli değişiklikler olmadan kullanılmıştır.

Aromatic nitro compounds and organic dyes, which are highly dangerous for aquatic life, the environment, and human health, are one of the most significant environmental pollutants found in water/wastewater. Therefore, the removal of these pollutants from water/wastewater using effective, simple, and economical technologies has become a significant issue worldwide. The catalytic reduction method is considered one of the most effective procedures used for the removal of these environmental pollutants. In this study, a new heterogeneous catalyst system has been developed by stabilizing palladium nanoparticles on microspheres composed of chitosan-NiO particles. The structure of the developed Pd-KS-NiO nanocatalyst was illuminated using FT-IR/ATR, XRD, FE-SEM, EDS, TEM analyses, and the average particle size was found to be 10 nm. Subsequently, the catalytic power of the synthesized Pd-KS-NiO nanocatalyst was tested in the catalytic reduction of aromatic nitro compounds such as 4-nitro-o-phenylenediamine (4-NPDA), 4-nitrophenol (4-NP), 4-nitroaniline (4-NA), 2-nitroaniline (2-NA), and organic dyes such as methylene blue (MB), methyl orange (MO), and rhodamine B (RhB) using NaBH4. The catalytic tests were monitored using UV-Vis spectroscopy, and it was found that the Pd-KS-NiO nanocatalyst successfully reduced these pollutants within 0-145 seconds. The rate constants for Pd-KS-NiO catalyzed reductions of 2-NA, 4-NP, 4-NA, 4-NPDA, MO, and RhB were calculated as 0.017 s-1, 0.011 s-1, 0.006 s-1, 0.013 s-1, 0.023 s-1, and 0.03 s-1, respectively. More importantly, due to the microsphere structure and heterogeneous nature of the Pd-KS-NiO nanocatalyst, it was easily recovered from the reaction medium and consecutively used in seven runs without significant changes in its catalytic performance, surface morphology, and chemical structure.