Degradation of contaminated industrial waste water using sol-gel derived Ru-doped TiO2 photocatalytic films

Abstract

In this study, Ru-TiO2 films were deposited on glass substrates with a sol-gel route for degradation of contaminated industrial water. A solution with the Ru/Ti molar ratio of 0.05 was prepared using ruthenium and titanium based precursors. Solution characterizations were made using a turbidimeter and pH meter. The gel films, prepared by the sol-gel drop casting method, were dried at 300°C for 10 minutes and subsequently heat-treated at 500°C for 5 minutes in air. After that, the oxide thin films were annealed at 600°C for 60 minutes in air. In order to evaluate the phase structure, microstructure, optical, and photocatalytic properties of the coatings, they were investigated using XRD, SEM, and UV/Vis spectrophotometer, respectively. The obtained phase was mostly anatase TiO2. Photo-oxidation experiments were performed to obtain the photocatalytic activity of the films on impure water using an UV light source. The absorption spectrum of the water samples taken from Cigli Industrial Plant and Gediz River in Izmir/Turkey showed that they have absorbance bands in the range of 300 nm and 500 nm. The Ru doped TiO2 films exhibited highly photocatalytic activity to decompose organic species in contaminated waters. The degradation percentage ratios were calculated as 75% and 62% for two different industrial water samples.

Bu çalışmada, sol-jel yöntemiyle cam altlıklar üzerine hazırlanmış Ru katkılı TiO2 filmler endüstriyel kirli suların temizlenmesi için kullanılmıştır. 0,05 Ru/Ti molar oranı içeren çözelti rutenyum ve titanyum esaslı prekürsörler kullanılarak hazırlanmıştır. Hazırlanan bu çözeltinin karakterizasyonu, türbidimetre ve pH metre kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sol-jel damlatma metodu ile hazırlanan jel filmler hava ortamında 300°C’de, 10 dakika süre ile kurutulmuş ve hemen ardından 500°C’de 5 dakika süreyle ısıl işleme tabi tutulmuştur. Son olarak bu oksit filmler yine hava ortamında 600°C’de ve 60 dakikada tavlamaya maruz bırakılarak film oluşturma işlemi tamamlanmıştır. Bu kaplamaların faz yapısını, mikroyapısını, optik ve fotokatalitik özelliklerini incelemek için sırasıyla XRD, SEM ve UV/Vis spektrofotometre teknikleri kullanılmıştır. Elde edilen faz, büyük oranda anataz TiO2 yapısındadır. Foto-oksidasyon deneyleri, üretilen oksit filmlerin UV ışık kaynağı kullanılarak kirli su içinde fotokatalitik aktivitelerinin belirlenmesi için gerçekleştirilmiştir. Çiğli Sanayi Bölgesi’nden ve Gediz Nehri’nden alınan kirli su örneklerinin absorbans spektrumları özellikle 300 nm ile 500 nm dalgaboyları arasında yüksek absorbans bandı sergilemişlerdir. Sentezlenen Ru katkılı TiO2 filmlerin endüstriden alınan su örneklerindeki organik kirliliklerin parçalanmasında çok yüksek fotokatalitik aktiviteye sahip oldukları gösterilmiştir. İki farklı su örneği için parçalanma yüzde oranları %75 ve %62 olarak hesaplanmıştır.