Atık Tabanlı Biyoçar Katot ve Sol-Jel Yöntemi ile Ti/SnO2-Sb Anotların Geliştirilmesi: Elektrokimyasal Özellik-Performans İlişkisi ve Elektro-Fenton/Elektrooksidasyon Proseslerinde Asetamiprid Giderimi
Tez Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği, Türkiye
Tez Danışmanı: Sevil Veli
Tezin Onay Tarihi: 2026
Tezin Dili: Türkçe
Özet:
Bu çalışmada, elektrokimyasal ileri oksidasyon proseslerinde kullanılmak üzere anot ve katot malzemeleri sentezlenmiş, karakterize edilmiş ve performansları Asetamiprid (AST) giderimi üzerinden değerlendirilmiştir. Sol-jel temelli çok katmanlı kaplama yöntemi ile Ti/SnO2-Sb anotlar üretilmiş ve kaplama çözeltisinin jel kıvamı ile katman sayısının yüzey morfolojisi, film kalitesi ve elektrokatalitik performans üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yüksek jel kıvamı ve 11 katmanlı optimum kaplama koşulu, homojen ve kompakt bir yüzey oluşturmuş, aktif bölge sayısını artırmış ve oksijen oluşum potansiyelini yükseltmiştir. Elektro-Fenton (EF) prosesi için ise odun talaşı kaynaklı karbon katot geliştirilmiştir. Katot; farklı piroliz sıcaklığı, süre ve biyokütle:üre oranları kullanılarak modifiye edilmiştir. 700 °C, 2 saat ve 1:2’lik biyokütle:üre oranında hazırlanan biyoçar katot, gözenekli yapısı, yüksek akım yoğunluğu, düşük başlangıç potansiyeli ve etkin yük transferi ile optimum performans sergilemiştir. Optimum kaplama koşullarında sentezlenen anodun kullanıldığı elektrooksidasyon prosesi Box-Behnken tasarımı ile optimize edilmiş ve optimum proses koşulları pH 3, akım yoğunluğu 49,87 mA/cm2 ve reaksiyon süresi 3,99 saat olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda AST ve toplam organik karbon (TOK) giderimleri sırasıyla %97,45 ve %58,46 elde edilmiş ve maliyet analizi sonucunda işletme maliyeti 30,18 $/m3 olarak hesaplanmıştır. Optimum modifikasyon koşullarında hazırlanan biyoçar katodun kullanıldığı EF prosesi aynı tasarım kullanılarak optimize edilmiş ve pH 3,05, potansiyel -0,83 V, Fe2+ dozu 0,69 mM, elektrolit konsantrasyonu 0,058 M ve reaksiyon süresi 2,95 saat olarak belirlenmiştir. AST ve TOK giderimleri sırasıyla %99,27 ve %53,36’ya ulaşmış ve işletme maliyeti 19,66 $/m3 olarak saptanmıştır. Elde edilen sonuçlar, kaplama ve biyoçar modifikasyon parametrelerinin malzeme performansını belirlemede kritik rol oynadığını ve geliştirilen elektrotların uzun süreli kullanımda stabil davrandığını göstermektedir. Bu çalışma, sürdürülebilir, ekonomik ve yüksek performanslı anot-katot tasarımı için sistematik bir yaklaşım sunmuştur.