FBE- Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Yazar "Alp, Emre" ile FBE- Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeNano-fotokatalitik Malzeme Üretimi, Karakterizasyonu Ve Fotokatalitik Performans İncelemesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019) Alp, Emre ; Kazmanlı, Muhammet Kürşat ; 10288164 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringÇevre kirliliği günden güne artmakta ve tüm canlılığı ciddi olarak tehdit etmektedir. Su ve Toprak tüm canlılar için yaşam anlamına gelmektedir. İnsan kaynaklı aktivitelerin sonucu olarak ortaya çıkan genel kirleticiler pestisitler, plastikler, toksik organik bileşikler, boyar maddeler, inorganik bileşikler, uçucu organik bileşikler gibi kimyasal maddelerdir. Endüstriyel işlemlerden kaynaklanan kirletici maddeler arıtılmadan önce su ortamına bırakıldığında, bu toksik kirleticiler ciddi çevre sorunlarına neden oluyor. Dolayısıyla, özellikle, atık suların arıtılması için etkili ve çevre dostu yöntemlerin geliştirilmesi gerekmektedir. Su ortamındaki organik kaynaklı kirliliği kontrol altına almak ve azaltmak için çeşitli kimyasal, fiziksel ve biyolojik teknikler bulunmaktadır. Atık suların ıslah edilmesinde kullanılan yöntemler arasında, ileri oksidasyon prosesi (İOP) atık sulardaki organiklerin kirliliklerin zararsız hale getirilmesinde yöntemin basitliği, verimliliği ve kolay kullanımı nedeniyle artan bir şekilde kabul görmektedir. İOP' deki temel mekanizma, üretilen hidroksil radikalleri (·OH) gibi oldukça reaktif serbest radikallarin elektrofil özelliklerinden dolayı sulu ortamdaki organik moleküllerin zararsız bileşiklere parçalanmasına neden olmasıdır. Yarıiletken kullanan heterojen fotokatalitik işlemler, İOP'lerde organik kirliliği ya daha az zararlı bileşiklere dönüştürür ya da onu tamamen CO2 and H2O suya dönüştürecek şekilde parçalar. Fotokatalitik uygulamalarda kullanılan birçok yarıiletken malzeme bulunmaktadır. Heterojen fotokatalitik uygulamalar için dar bant aralığına sahip nitrür ve sülfür tabanlı malzemeler uygun olmasına rağmen sulu ortamdaki kararlılıkları temel sorundur. Fotokatalitik uygulamalarda kullanılan TiO2 and ZnO gibi geleneksel oksit yarıiletkenler geniş bant aralıklarından dolayı güneş spektrumunun ultraviyole bölgesinde aktiftirler. Ancak, güneş spektrumuna bakıldığında güneş ışımasının %52'si yakın-kızılötesi (700 nm-2500 nm), %43' ü görünür (400 nm-700 nm) ve sadece %5'i ultraviyole'den (300 nm-400 nm) oluşmaktadır. 2,0-2,2 eV bant aralığı ile görünür bölgede aktif olan α-Fe2O3 güneş ışımasının yaklaşık %40 'ından faydalanabilmekte ve sulu ortamlarda da yüksek kararlılık göstermektedir. Bununla beraber, α-Fe2O3 çevre dostu ve en ucuz yarıiletken malzemelerden biridir. Bilindiği gibi, nano malzemelerin özellikleri boyut, morfoloji ve mimari yapılarına bağlı olarak değişmektedir. Dahası, malzemenin optik ve fizikokimyasal özelliklerine oldukça güçlü bir şekilde bağlı olan heterojen fotokatalitik reaksiyonlarda morfoloji ve boyut daha da önemli hale gelmektedir. Bu çalışmada, buraya kadar belirtilen kavramlar dikkate alındığında görünür bölgede çalışan hematit nano fotokatalizörler çeşitli morfoloji ve boyutlarda hidrotermal yöntemlerle ve kurban altlık yöntemleriyle sentezlendi. Mezoporoz boşluklu yapıların heterojen fotokatalitik reaksiyonlardaki avantajlarından faydalanmak için küresel boşluklu hematit nano tozlar sentezlenmektedir. Boşluklu mezoporoz hematit nano yapılar karbonumsu sert altlıklardan solvotermal yöntem ile sentezlenmektedir. Glikozdan sentezlenen sert altlık karbonumsu monodispers küreler solvotermal yöntem ile demir iyonlarıyla kaplanmaktadır. Karbonumsu kürelerin iyon değişimiyle demir iyonları ile kaplanması sonrası hem sert altlığı yapıdan uzaklaştırmak hem de hematit faz yapısının elde edilmesi için elde edilen yapılar 450 ͦC 'de 2 saat boyunca ısıl işleme tabi tutulmaktadır. Sentezlenen mezoporoz monodispers yapıdaki hematit nano tozların fotokatalitik testlerinde sulu çözeltideki RhB' nin %82'sini yarım saatte parçaladığı gözlemlenmektedir. Görünür bölgede aktif (Eg=2,11 eV) ve yüksek fotokatalitik performanslı bu nano-tozların, sentezleme süreçlerinin uzunluğu/kompleksliği ve süreç sonunda ağırlıkça düşük miktarda fotokatalizör sentezlenmesi dezavantajlı yanlarıdır. Farklı morfolojide hematit yapılar sentezlemek için öncesinde 3 farklı içerikle solvotermal olarak sentezlenen bakır oksit (CuO) nano-çubuklar kurban altlık olarak kullanılmaktadır. 200 ͦC' de 12 saat süre ile hidrotermal olarak sentezlenen hematit tozlar çeşitli morfolojilerde, boşluklu küresel yapılardan pseudo-kübik yapılara ve nanoflakelerden boşluklu kapsül şeklindeki yapılara kadar, farklı oranlarda kullanılan kurban altlık bakır oksit nano-çubuk ve kimyasallar ile sentezlenebildi. Fotokatalitik verimlerine bakıldığında, 1,71 eV ile 2,08 eV arasında optik bant genişliğine sahip tozlar, farklı fotokatalitik performanslar sergilemektedir. Bu yöntem ile sentezlenen tozlar içerisindeki en yüksek performansı 2,01 eV optik bant genişliğine sahip 30 dakikalık periyotta RhB' nin %97' sini parçalayan mezoporoz kapsül morfolojideki hematit tozlar sergilemektedir. Yapılan diğer toz sentezleme çalışmasında, herhangi bir sert altlık kullanılmadan, demir nitrat nonahidrat (Fe(NO3)3·9H2O) tuzundan doğrudan hidrotermal yöntem ile çeşitli morfolojilerde ve boyutlarda hematit tozlar üretilmektedir. Farklı yüzey aktif maddelerin ve farklı inorganik bileşiklerin kullanıldığı yöntemde, altıgen plakasal morfolojiden, nanotüp morfolojiye ve daha birçok morfolojide hematit tozlar, 160 ͦC'de 12 saat süreyle hidrotermal yöntem ile sentezlenmektedir. Doğrudan hidrotermal yöntem ile sentezlenen çeşitli geometrilerdeki tozlar 1,89 eV ile 2,12 eV arasında optik bant aralığına sahiptiler. Bu yöntem ile sentezlenen tozlar içerisindeki en iyi fotokatalitik performansı, 2,06 eV optik bant genişliğine sahip yaklaşık 150 nm boyutundaki çubukların ve 150 nm çapındaki küremsilerin topaklanarak 3-4 μm boyutlarındaki küreleri oluşturan mezoporoz morfolojideki küresel tozlar sergilemektedir. Bu tozlar, 30 dakikada çözeltideki RhB' nin %93'ünü parçalamaktadır. Sentezlenen tozlardan seçilen 3 farklı morfolojideki tozlar, yüzey plazmon rezonans etkisiyle fotokatalitik performanslarını daha da artırmak amacıyla soy metal altın nanopartiküller ile dekore edilmektedir. Altının hematit yapıların yüzeyine dekore edilmesinde altın kaynağı olarak tetrakloroaurik (III) asit trihidrat (HAuCl4·3H2O) ve redükleyici olarak sodyum sitrat tribazik dihidrat (C6H5Na3O7.2H2O) kullanıldı. Lokalize yüzey plazmon rezonansı etkisiyle, altın nanopartiküller ile dekore edilmiş yarıiletken hematit tozların fotokatalitik verimleri %17 ile %37 arasında değişen oranlarda başarıyla artırılabildi. Bu çalışma kapsamında, fotokatalitik performansın artırılması için uygulanan diğer yöntem p-n bağlantılı 2D Fe2O3–CuO nanokompozit tozların sentezlenmesidir. Ayrı ayrı sentezlenen CuO ve Fe2O3 tozlar, 2D Fe2O3–CuO nanokompozit formda sentezlendiklerinde de kendi özgün şekillerini muhafaza etmekteydiler. 30 dakikalık ışık uyarımlı zaman dilimi dikkate alındığında, 2D Fe2O3–CuO nanokompozit olarak üretilen tozlar sinerjik etkinin yardımıyla, CuO plakalardan yaklaşık 2,2 kat ve α-Fe2O3 nanopullardan da 1,4 kat daha iyi performans sergilemektedir. Yüksek fotokatalitik aktivite gösteren hematit nanopartiküller morfolojik ve mimari özelliklerden faydalanılarak başarıyla üretildi. Yüksek performans gösteren hematit nano tozlardan bazıları, görünür bölgedeki fotokatalitik verimlerini daha da artırmak amacıyla plazmonik altın nanopartiküller ile dekora edildi. Bu tez kapsamında, heterojen fotokatalitik uygulamalarda kullanılan ZnO ve TiO2 tabanlı geleneksel fotokatalizörlerden daha yüksek performans sergileyen, ucuz ve çevre dostu α- Fe2O3 nano tozlar görece daha ucuz ve basit olan hidrotermal yöntem ile başarıyla üretildi ve morfolojik yaklaşımların avantajları kullanılarak geliştirildi.