LEE- Kimya Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gözat
Çıkarma tarihi ile LEE- Kimya Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeExploring functional dynamics of bacterial and human ribosome structures via coarse grained techniques(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020) Güzel, Pelin ; Kürkçüoğlu Levitas, Ayşe Özge ; 638208 ; Kimya Mühendisliği Ana Bilim DalıThe ribosome is a molecular machine that catalyzes protein synthesis in three kingdoms of life. This process is regulated by the binding of several protein factors to the main ribosomal complex core during different steps of translation, which are initiation, elongation, termination and recycling. This thesis employs coarse-grained (CG) computational techniques that focuses on differences/similarities in especially dynamical behavior between bacterial and human ribosomal complexes at different stages of translation. Investigating the allosteric communication pathways between distant functional sites of the molecular machine is the other focus. In a CG model, sets of atoms are represented by pseudo-atoms to decrease the degrees of freedom and simulation cpu time. In this thesis, residue interaction network, CG molecular dynamics (MD) simulations and anisotropic network model (ANM), which all use reduced representations of the structures based on one-bead coarse-graining, are employed. The findings of at least 500 ns CGMD simulations and ANM using normal mode analysis are interpreted to get an insight into the overall dynamical behavior of ribosomal complexes. Both methods give consistent results with experimental data on the ribosomal complexes. In order to map allosteric communications in the complexes, perturbation response scanning (PRS) and k-shortest pathways calculations are performed using the CGMD trajectories and the residue network model, respectively. PRS provides information on the influence or effectiveness of a given residue in signal transmission. k-shortest pathways calculations requires a source and a sink node and calculates suboptimal pathways. k-shortest path technique is applied to residue interaction networks. CGMD calculations are performed by the RedMD software. ANM using normal mode analysis, residue interaction network model and k-shortest pathways calculations are performed by in-house codes. CGMD calculations are performed on T. thermophilus, E. coli and H. sapiens ribosomal structures. Comparison of experimental and theoretical B-factors (both calculated from CGMD and ANM) shows that the findings are in accord with experimental data. Correlation coefficients are especially in an acceptable range (0.60-0.70) for rRNA portions between experimental-CGMD findings. Most fluctuating parts are found at the solvent-exposed sites on both 30S (small subunit) and 50S (large subunit). For the bacterial ribosome case; head, beak and spur of 30S are found as highly flexible parts. Additionally, some of the sites around the neck where tRNAs and mRNA bind to the ribosome are also flexible. Results point to two flexible fragments in the 50S. One is the L1 stalk which is composed of the uL1 protein and helices H76-H78 of the 23S rRNA. The release of the E-tRNA requires the correct positioning of L1 stalk. Additionally, L7/L12 stalk is another high fluctuating part of the 50S. It is known to make an anticorrelated movement with the L1 stalk. These lateral stalks are found to play a highly crucial role in the proper functioning of the ribosome. The analysis of E. coli crystal structure fluctuations has also shown that the protein components in the ribosomal complex are also in accord with experimental studies. Dynamical cross-correlation maps (DCCMs) based on CGMD trajectories are generated. The findings indicate that there is more coupling within a subunit than between. Coupling within protein chains is also higher than coupling within rRNA chains indicating the more compact globular structures of proteins than rRNAs. Global dynamics of ribosomal complexes are analyzed by employing ANM using normal mode analysis. The calculations are based on four T. thermophilus and one H. sapiens crystal structure. The characteristic conformational changes; ratchet-like rotation (both in T. thermophilus and H. sapiens), 30S/40S head rotation (both), anti-correlated movement of L1 and L7/L12 stalks (T. thermophilus), 40S head and beak regions towards E-tRNA (H. sapiens and T. thermophilus with PDB ID:4v9h), 40S body rotation around vertical axis perpendicular to classical rotation axis called as "subunit rolling" (H. sapiens) are observed. In the second part of this thesis, allosteric regulation mechanisms in the ribosomal complexes are investigated and compared for bacteria and human. For this purpose, k-shortest pathways algorithms and PRS calculations are employed. k-shortest pathway algorithms (Yen's and Dijkstra) are applied to the networks generated from residue interaction. Potential allosteric communication pathways between DC-PTC and the ribosomal tunnel-PTC (peptidyl transferase center) are explored by these CG techniques. Additionally, residues found on the shortest pathways are analyzed in terms of rigidity/flexibility (according to deformation energy analysis) and being "hub" residue or not (according to "contact number" analysis). The calculated suboptimal pathways between the tunnel and the PTC in T. thermophilus ribosomal structures agree with the previously proposed allosteric pathways. Motivated by the success of these models in the tunnel-PTC case, they are employed for investigating potential allosteric communication pathways between highly distant functional sites, the DC and the PTC of the ribosome, which are known to communicate during the translation process. The analysis suggests that especially B3 and B2a inter-subunit bridges are critical for the long-range signal transmission between the DC and the PTC. Then the potential allosteric communication pathways are also investigated on the human ribosomal complex for the first time to our knowledge. The human ribosomal complex seems to employ similar suboptimal pathways between the tunnel and the PTC as well as the DC and the PTC. In this line, B3 and B2a are highlighted as critical hubs in the long-range signal transmission in the ribosomal structures and can be evaluated as drug binding sites. Then, the ribosomal tunnel where the growing polypeptide chain passes through before emerging at the solvent is studied in more detail. In the bacterial ribosome, the ribosomal exit tunnel walls are formed by the 23S rRNA, uL4, uL22 and a bacteria-specific extension of uL23. In eukaryotes, the bacteria-specific extension of uL23 overlaps with eL39. uL4 and uL22 form a constriction within the tunnel which is located approximately 30 Å from the PTC. An additional loop in uL4 makes this constriction narrower in eukaryotes than prokaryotes. In this line, the ribosomal tunnels of both T. thermophilus and H. sapiens are extracted and analyzed in detail. The additional loop in uL4 in eukaryotes changes the dynamical behavior of this region, which may be related to the macrolide binding discrimination in both structures. To get a deeper understanding, the PRS is applied to the conserved critical residues in uL4 which are located at the constriction region of the tunnel. In the same chapter of the thesis, the allosteric communication in the ribosomal exit tunnel is also discussed focusing on both nascent chain interactions and the trigger factor (TF) recruitment mechanism induced by the ribosomal tunnel on E. coli ribosomal structure. PRS analysis is carried out to identify effectors/sensors around the tunnel. The findings are consistent with experimental observations indicating the allosteric communications between PTC-ribosomal tunnel and chaperone binding site in uL23-lower part of ribosomal tunnel. Especially, uL23 can be considered as a novel drug designing targeting its non-conserved pocket.
-
ÖgeAdsorptive removal of heavy metal ions from aqueous solution using metal organic framework(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Elaiwi, Fadhil Abid ; Sirkecioğlu, Ahmet ; 711381 ; Kimya MühendisliğiIndustrialization and rapid increase in human population are the cause of increase in wastewater generation. Depending on the source, these wastes may contain hazardous pollutants such as heavy metals, toxic organic compounds, dissolved inorganic solids and etc. Heavy metals are the serious threat to environmental and human health. Due to their toxicity and carcinogenic effects, close attention must be paid to heavy metals containing wastewaters. Even very small amounts of heavy metals can result in severe physiological and neurological damages. Therefore, numerous processes have been developed to treat wastewater minimize this health hazard potential. These processes include membrane filtration, ion exchange, adsorption, chemical precipitation, nanotechnology treatments, electrochemical and advanced oxidation processes. Ion exchange and adsorption are both physicochemical methods used to treat heavy metal containing wastewaters. In both cases high surface are plays an important role. As a new generation of crystalline porous materials, metal-organic frameworks (MOFs) possess high surface area, tunable pore structure and functionalizable surfaces. With these attributes, MOFs have an essential role in several fields, including wastewater treatment. Based on the affinity of amino groups in chelating sites for heavy metal ions, a porous metal-organic framework (MOF) [ED-MIL-101(Cr)] were synthesized as an adsorbent for lead, copper, and cadmium ions. Hydrothermal method was used to synthesize the MOF samples. The functionalized MOF samples were characterized by powder X-ray diffraction (PXRD) to investigate the functionalization process and compare the synthesized MOF with the pristine MIL-101(Cr) samples. Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy was used to analize the functional groups of the adsorbent before and after the treatment process which can be useful in estimating the mechanism for the recovry process and assess the relationship between the ions and the adsorbents sites. Scanning electron microscopy (SEM) and thermogravimetric analysis (TGA), were also performed to investigate crystal structure and the thermal stability of the MOFs in a specified temperature range, respectively. Finally, the surface characteristics of the samples and the particles size distribution were investigated with N2 adsorption-desorption conducted at 77 K. In order to investigate the adsorption performances of ED-MIL-101(Cr) for the chosen heavy metal cations (Pb(II), Cu(II), and Cd(II) ion), batch experiments were conducted with single, binary, and ternary metal solutions. During these experiments the effect of experimental conditions such as pH, adsorbent dosage, initial concentration, were investigated. With the aim of evaluation of conditions for removing of the three metal ions using ED-MIL-101(Cr), several isotherm models were tested to choose the best fit model with the experimental data. Normal and extended forms of Freundlich, Langmuir, and Sips isotherms were adopted to analyze the adsorption behavior of the MOF samples. ED-MIL-101(Cr) exhibits maximum adsorption capacities (mg/g) of 82.55, 69.9 and 63.15 mg/g for Pb(II), Cu(II) and Cd(II), respectively. The experimental data revealed that the adsorption capacity of the adsorbent for the different metal ions at the same concentration mainly depends on the affinity of the adsorbent which was in the order of Pb(II) ˃Cu(II) ˃ Cd(II) in single ion solution. This selectivity order is governed mainly by ionic features such as ionic radius, electronegativity, and hydrated ionic radius. The influence of ionic interaction between the competitive ions in a multi-ion solution namely interaction factor is quantitatively studied and tabulated its values for multi-ion systems. For further studies, kinetics models applied to investigate the Pb(II), Cu(II), and Cd(II) ions adsorption mechanism on ED-MIL-101(Cr). Also, rate-control steps were determined using kinetic method. Linear forms of pseudo-first order, pseudo-second order, and intra-particle diffusion equations were used to interpret the kinetic data. It was observed that the kinetic data that obtained with batch adsorption processes were well fitted with pseudo-second-order model. Also the regeneration process for exhausting ED–MIL–101(Cr) was carried out to assess the recyclability of ED-MIL-101(Cr) for adsorption of lead, copper, and cadmium ions. It was observed that there was an insignificant change in the adsorption efficiency of ED-MIL-101(Cr) samples after three adsorption-regeneration cycles. In order to simulate the real-life experience adsorption experiments conducted also in dynamic system. For this part of the experimental work, a fixed bed of ED-MIL-101(Cr) was prepared for the continuous removal of Pb(II), Cu(II), and Cd(II) ions from the aqueous solutions. A series of experiments were carried out in the fixed bed system to obtain the breakthrough curves data for the adsorption of single and ternary metal ions. The effects of different operating conditions such as static bed height (2, 4, and 6 cm), flow rate (10, 15, and 20 mL/min), and initial concentration of heavy metal ions (50, 75, and 10 mg/L) on the removal efficiency were investigated. The experimental breakthrough data of three metal ions were fitted well with the theoretical model. The breakthrough curves for single and multiple systems showed that Pb(II) has the longest breakthrough time compared with other metals indicating a high affinity toward this ion while Cd(II) had the shortest breakthrough time. Thomas Model and Yoon-Nelson models were used to evaluate the breakthrough curves and evaluate the dynamic data. The results from these two models suggest that the maximum adsorption capacity of the investigated heavy metal ions from single aqueous solutions are in the order of Pb(II) > Cu(II) > Cd(II). These results are in agreement with the experimental data which are also related to the affinity of the adsorbent for the adsorbed ions. Comparably, Yoon-Nelson model is the best model for the data obtained for the metal adsorption experiments conducted with various bed lengths. It can be concluded that amino-functionalized MIL-101(Cr) was found to be a promising candidate for metal ion removal from the aqueous environment.
-
ÖgeInvestigation of plasticization behavior of membrane polymers by a fully atomistic approach(Graduate School, 2021-02-01) Balçık, Marcel ; Ahunbay, Mehmet Göktuğ ; 506152004 ; Chemical Engineering ; Kimya MühendisliğiThe increasing influence of polymeric gas separation membranes in the gas separation industry expedites the pursuit of the polymeric materials to be employed as the membranes. While high permeability and selectivity are anticipated from a commercial membrane material candidate, the plasticization phenomenon should not be disregarded. Several gases, such as CO2, H2S, and condensable hydrocarbons, are known to stimulate increased mobility of polymer segments, subsequently to the gas-induced swelling of the membrane, eventually leading to plasticization. Since the plasticization phenomenon is highly related to the increased free volume of the membrane, sieving capabilities of the membrane are lost with the plasticization, leading to a loss in selectivities. The plasticization phenomenon is dependent on the concentration of the swelling gases and is usually identified with the corresponding pressure of the gas. The plasticization pressures of the membranes are the determining factor in the operating ranges of the membranes. Polyimides (PIs) and Polymers with Intrinsic Microporisities(PIMS) are the polymer classes with the highest potentials to be used as gas separation membrane materials. Polymers belonging to both of the classes have already proven to have excelling gas separation performances. However, their gas separation performances and the effect of gas-induced plasticization remain vastly unstudied. Fundamental understanding of the gas separation performance, plasticization and methods of suppressing plasticization in PIs and PIMs is expected to accelerate the efforts in search of high-performance gas separation materials. In this thesis, molecular simulation tools were employed to understand underlying causes leading to macroscopic behaviors, such as gas permeabilities, swelling, and plasticization, in polymeric membranes. Copolyimides (co-PIs) were studied for their plasticization resistance and method development was performed for modeling gas separation performance and plasticization resistance accurately. Later on, the effect of crosslinking on co-PIs in terms of gas permeabilities and plasticization resistance was investigated in detail, particularly with the help of PAFVCO2+ property, a free volume analysis based on CO2 accessibility, which will be explained in detail in relevant chapters. Mixed Matrix Membranes(MMMs) were studied for their plasticization resistance and segmental dynamics of the polymer phase at the interface. The information obtained from the plasticization studies on PIs were then transferred to PIMs, where PIM-1 was studied for pure and mixed gas separation performance and plasticization resistance. The approach was further extended to triptycene-based PIMs, among which three were novel. One of the most important outcomes of this thesis is the development of atomistic simulation protocols for the accurate estimations of plasticization pressures of PIs and PIMs. While permeabilities could be monitored for plasticization, as in experimental studies, molecular modeling also allows monitoring of free volume elements and correlate to the plasticization pressure. The latter was further extended to analyze the rigidification phenomenon in MMMs and the rigidification effect induced by CO2 was identifed for the first time. Plasticization and mixed gas studies on PIMs have proven that conventional approaches to analyze plasticization in polymers are not adequate, as loss of selectivities in mixed gas conditions were shown to be not only associated with the traditional definition of plasticization. In mixed gas conditions, before upturn of CO2 permeabilities, increased CH4 permeabilities compared to pure gas conditions were observed. Additional effects on the gas permeabilities, such as competitive sorption and increased CH4 diffusivities by CO2-induced swelling, are existent in mixed gas conditions, leading to a more complex concept of plasticization.
-
Ögeİlaç taşıyıcı sistem olarak kullanılacak PEG kaplı karbon nanotüplerin sentezi ve ilaç taşıma performanslarının belirlenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-02-10) Arslan, Muhammed Berkcan ; Güner, Fatma Seniha ; 506181009 ; Kimya Mühendisliği ; Chemical EngineeringGünümüzde kanser en önemli hastalıklardan biridir. Ölümlerin çoğu kanser hastalığı sebebiyle olmaktadır. Tedavi amacıyla kullanılan yöntemler genel olarak cerrahi, radyoterapi ve kemoterapidir. Kemoterapi yöntemleri ilacın kan dolaşımına geçtikten sonraki etkisini göstermektedir. Ayrıca hormon tedavileri, biyolojik tedavi yöntemleri ve hedefe yönelik tedaviler uygulanmaktadır. Yeni nanoteknolojik gelişmelerle birlikte ilaç taşıma sistemleri, ilacın sorunlu bölgeye nüfuzunu artırarak doğrudan ulaştırılmasını sağlayabilmektedir. Bu çalışmamızda kanser tedavisinde kullanılabilecek ilaç taşıyıcı sistem olarak yeni bir nanomalzeme geliştirilmiştir. Bu malzemenin temelini tek duvarlı karbon nanotüp (KNT) oluşturmaktadır. Karbon nanotüplerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin diğer malzemelere göre daha üstün ve avantajlı olması bu malzemenin seçilmesinde önemli bir rol oynamıştır. Çözünürlüklerinin az olması KNT'ler için bir dezavantajdır. Bu problemi gidermek, KNT'lerin yabancı madde olarak algılanmasını önlemek ve kanda kalış zamanını arttırmak amacıyla, literatürde belirtildiği gibi polietilen glikol (PEG) kaplama malzemesi olarak seçilmiştir. PEG zincirlerini KNT duvarına tutturmak için yapısında aromatik gruplar içeren Fmoc aminoasiti ile PEG reaksiyona sokularak kompleks bir yapı hazırlanmıştır. Çalışmada iki farklı molekül ağırlığında PEG (PEG5000 ve PEG12000), Fmoc-Trp-OH ile reaksiyona sokulmuştur. Hazırlanan Fmoc-PEG kaplı KNT'lerin karakterizasyonu için, floresans spektroskopisi, nükleer manyetik rezonans (NMR), Fourier dönüşümlü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi ve bağlanma verimini saptamak amacıyla da termogravimetrik analiz (TGA) yöntemleri kullanılmıştır. Çalışmanın bir sonraki aşamasında ise, meme kanseri tedavisinde kullanılan mitoxantrone ilacı PEG5000 ve PEG12000 ile kaplanmış olan tek duvarlı KNT'lere pH=9.1ortamında yüklenmiş ve pH=5.5 ortamında salım performansları belirlenmiştir. İlaç yükleme ve salım çalışmalarında ultraviyole ve görünür ışık absorpsiyon spektroskopi (UV-VIS) spektroskopisi kullanılmıştır.
-
Ögeİlaç üretim tesisinde şehir şebeke suyundan saf su üretim prosesi ekserji analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-02-18) Aktunç Tulunay, Cansu ; Yaman, Serdar ; 506161050 ; Kimya MühendisliğiHem dünya hem ülkemizde mevcut yaşamsal faaliyetlerimizi sürdürebilmek için enerji büyük bir gereksinimdir. Bu yaşamsal faaliyetlerinin gerçekleşebilmesi için üretmek gerekmetkedir. Yapılacak olan üretim operasyonları kaçınılmaz olarak kaynak ve enerji tüketimlerinide beraberin de getirecektir. Dünya'da var olan enerji kaynaklarının sınırlı olmasından dolayı, günümüzde kaynakların etkili kullanılması ile enerji tasarrufu yapılması büyük önem taşımaktadır. Enerji tasarrufunun gerçekleştirilmesinde en öne çıkan kısım daimi olan üretim süreçlerinin tasarım ve kurulum aşamalarında optimum enerji harcamalarının hesaplanmasının göz önünde tutulmasıdır. Bu noktada ekserji kavramı karşımıza çıkmakta olup, üretim süreçlerinde enerji kaynaklarının gerçekte ne kadar verimli kullanıldığını tespit edebilmekteyiz. Ekserji analizi sayesinde bir sistemin ya da prosesin niceliği yanında niteliği hakkında kayıpları ve terinmezlikleri tespit edebilmekteyiz. Yapılan bu analizler sonucunda sistemin ya da prosesin en çok kayıplar yaşanan noktalarını saptayarak bunları bertaraf edecek önemler için bize yol gösterici olacaktır. Ekserji analizi, termodinamiğin ikinci kanunu ile ortaya çıkmış olup yakın dönemde bir çok alanda yürütülen çalışmalar ile göz önüne çıkmıştır. Bunun sonucu olarak üretim sistemlerinin tasarımlarından ya da işletmelerinden sorumlu olan kişilerin ekserji analizi yapma yükümlülükleri oluşmaya başlamıştır. Bu tez çalışmasında, bir ilaç üretim tesisinde üretim operasyonlarında kullanmak üzere şehir şebeke suyundan saf su üretim prosesinin ekserji analizi yapılmıştır. Ekserji analizi için prosese dahil olan giriş ve çıkış akımları tayin edilmiştir. Buna ilave olarak bu prosesin gerçekleştiği çevre koşulları ve ekserji analizinin yapılması için gerekli kabuller açıklanmıştır. Ekserji analizi için yapılan denklemlerin hesaplamaları MATLAB programı kullanılarak yapılmıştır. Şehir şebeke suyundan saf su üretim prosesine dahil olan ana ekipmanların parametreleri temin edilemediğinden dolayı proseste bulunan ana yardımcı ekipmanların tek tek ekserji analizleri gerçekeştirilmiştir. Bu ekserji analizleri sırasında şehir şebeke suyunun mevsimsel dönüşümlerden etkilenmesinden dolayı kış ve yaz koşulları olmak üzere iki farklı koşulda hesaplamalar yapılmıştır. Bu prosese uygulanan ekserji analizleri sonucunda 29.18% ekserji verimi ile en büyük ekserji kaybının ısı değiştirici eşanjörün kış mevsiminde yaptığı ısıtma modu olduğu tespit edilmiştir. Kış mevsiminde şehir şebeke suyunun sıcaklık değerlerinin, proses tasarımında kabul edilen ortalam sıcaklık değerlerinden daha düşük olmasından dolayı sistemde çok fazla enerji harcaması ile ısıtma sağlandığı anlaşılmıştır.
-
ÖgeKontrollü aktif molekül salımı yapan pektin temelli hidrojellerin geliştirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-06-24) Kocaağa, Ayşe Banu ; Levitas Kürkçüoğlu, Ayşe Özge ; Güner, Fatma Seniha ; 506912019 ; Kimya MühendisliğiYara tedavisi, bir dizi hücresel ve biyokimyasal olayların, dokuyu tamir etme ve yenileme amacıyla, iç içe geçmiş ve düzenli bir sırada gerçekleştiği bir prosestir. Günümüzde, diyabet hastalığı gibi çeşitli hastalıkların neden olduğu kronik yaralar, hızla yaşlanan nüfus, trafik kazaları ve cerrahi prosedürlerin artışı ile daha etkili yara örtülerine olan gereksinim artmaktadır. Gelişmiş bir yara örtüsü, mükemmel biyouyumluluk ile beraber bakterilere karşı bir koruma sağlamalı, fazla eksudayı absorbe edebilmeli, uygun su buharı ve oksijen geçirgenliği oranı ile de iyileşmeyi hızlandırmalıdır. Ayrıca, hasta ve hasta yakınları için konforlu bir kullanıma sahip olması, mekanik dayanıklılık, uzun raf ömrü, uygun maliyet ve biyobozunurluk da bir yara örtüsü malzemesinde aranan önemli özelliklerdendir. Ancak, çoğu mevcut yara örtüleri bu özelliklerden çok azını bir arada içermektedir. Bu nedenle, tüm aranan özellikleri bir arada barındıran, düşük maliyetli, gelişmiş yara örtülerine ihtiyaç bulunmaktadır. Bu motivasyonla, bu tez çalışmasında in silico ve in vitro yöntemlerin beraber kullanıldığı bir yaklaşımla, yara örtüsü olarak kullanılmak üzere antimikrobiyal, kontrollü ilaç/protein salım sistemleri geliştirilmiştir. Yara örtüsünün ana matrisi olarak pektin seçilmiştir. Hidrofilik pektin fazla yara sıvısını absorplayabilir. Gözenekli hidrojel yapısı ile pektin kontrollü ilaç salımı yapabilir. Pektin zincirlerinin üzerindeki fonksiyonel gruplar aracılığıyla oluşan asidik ortam ise bakterilere ve virüslere karşı bir bariyer görevi görebilir. Tez kapsamında yapılan çalışmalar bölümler halinde sunulmuştur. Öncelikle yara örtüleri için literatürde rapor edilen çalışmalar ve pektinin yara örtüsü olarak kullanımı tartışılmıştır. Bunu, moleküler modelleme ve moleküler dinamik (MD) simülasyonları hakkında kapsamlı bir bölüm takip etmektedir. Tez kapsamında yapılan çalışmalar ise beş ayrı bölümde tartışılmıştır. İlk bölümde, tüm-atom MD simülasyonları kullanılmıştır. Temel olarak galakturonik asit monomerleri içeren pektin zincirleri kimyasal özellikleri farklı karboksil, ester ve amitli grupları barındırmaktadır. Çalışmada, yüksek metoksili ve düşük metoksili olarak 21 monomerli pektin oligomerleri modellenmiştir. Ca2+ iyonlarıyla çapraz bağlanmış zincirlerin düşük enerji seviyelerinde konfigürasyonları taranmış, düşük metoksili pektin zincirlerinin çapraz bağlı yapılarını daha fazla korudukları tespit edilmiştir. Tezin devamında kontrollü ilaç salım sistemlerinde düşük metoksili pektinin kullanılmasına karar verilmiştir. Çalışmaların ikinci bölümünde, düşük metoksili pektinden sentezlenen hidrojeller, farklı Ca2+ iyonu ve ilaç yükleme konsantrasyonlarında, ve farklı sayıda hidrojel katmanlarda çalışılmıştır. Sentezlenen hidrojeller karakterize edilmiş ve istenilen ilaç salım hızının katman sayısı ve film kalınlığı ile kontrol edilebileceği sonucuna ulaşılmıştır. Tezin simülasyon odaklı üçüncü çalışmasında ise, pektin hidrojellerinin yüklenen ilacı kontrollü salabileceği ilaç konsantrasyonu aralığının belirlenmesi için hesaplamalı çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, Ca2+ ile çapraz bağlı 21 monomer uzunluğundaki α-D-galakturonik asit oligomerleri, artan prokain konsantrasyonlarında (6, 30, 60, 90 180 mg ilaç.g-1 film), her sistem için üçer bağımsız 200 ns uzunluğunda tüm-atom MD simülasyonları ile incelenmiştir. Sonuçlara göre 30 mg.g-1 prokain yüklemenin çapraz bağlamayı bozmayacağı, bu konsantrasyonun hidrojeli düşük seviyede degredasyona uğratacağı ve kontrollü salım yapabileceği ön görülmüştür. MD çalışmalarında kullanılan konsantrasyonlarda prokain yüklü pektin hidrojeller sentezlenmiş, karakterize edilmiş, analizler ile prokain salımı ve hidrojel degradasyonunun simülasyonlarla tahmin edilebileceği ortaya konmuştur. Bu hesaplamalı yaklaşım kontrollü salım için kullanılacak benzer esnek sistemlerin tasarımında da kullanılabilir. Tezdeki diğer bir çalışmada, pektin hidrojelin mekanik özelliklerini arttırmak için kafes yapılı alimünasilikat zeolit-A kullanılmıştır. Bu katkı ile kontrollü ilaç salımı yapabilen, modern yara örtüsü için gerekli özelllikleri taşıyan, uygun maliyetli özgün bir yara örtüsü geliştirilmiştir. Membrana difüzyon ve matrise difüzyon olmak üzere iki farklı hidrojel hazırlama metodu ile hazırlanan hidrojellerde farklı çapraz bağlayıcı, zeolit ve teofilin ilacı konsantrasyonlarında çalışılmıştır. Pektin-zeolit etkileşimlerini kontrol etmek amacıyla iki farklı iyonik formatta (Na+ ve Zn2+) zeolit-A kullanılmıştır. Membrana difüzyon yöntemi ile hazırlanan hidrojellerin teofilini kontrollü bir şekilde salabildiği, zeolit-A partiküllerinin teofilin deposu olarak davranırken hidrojel stabilitesini ve oksijen geçirgenlik hızını arttırdığı tayin edilmiştir. Pektin-zeolit hidrojellerin ilaç salımına etki eden en önemli parametrelerin şişme oranı ve iyon konsantrasyonu olduğu belirlenmiştir. Tezin son bölümünde ise hem yüksek kanamalı ve yanık yaralarında önemli bir problem olan, hem de kalp krizi, kanser ve COVID-19 nedeniyle gelişebilen serum albümin eksikliği yaşayan hastaların cerrahi operasyonlarında kullanmak amacıyla serum albümin yüklü pektin-zeolit hidrojeller geliştirilmiştir. pH 6,4 ortamında hazırlanan 100 mg.g-1 film albümin yüklü hidrojelin, yapısında immobilize olmuş albümini kontrollü bir şekilde protein yapısını bozmadan dış ortama salabildiği belirlenmiştir. WST-1 yöntemi ile dermal fibroblast hücrelerine karşı gerçekleştirilen hücre canlılığı analizlerinde, kontrol grubu ile karşılaştırıldıklarında hazırlanan hidrojellerin hücre sayısını düşürmediğini, in vitro yara iyileşmesi analizlerinde ise hücrelerin göçüne etki etmediği, fibroblast hücreleri üzerinde toksik bir etki göstermediği belirlenmiştir. E.coli ve S.aureus'a karşı yapılan antibakteriyel analiz testlerinde ise hidrojellerin antibakteriyel özellikleri gösterilmiştir. Bu tez kapsamında, atık ürün veya yan ürün olarak değerlendirilen pektini kullanarak geliştirilen antibakteriyel, aktif ajan yüklü yara örtüleri ile kişiye özel tasarım (istendiğinde kontrollü veya hızlı salım, ilaç/protein salımı, istenilen ebatta esnek yara örtüsü) yapılabileceği belirlenmiştir. Katma değeri yüksek olan bu ürünün ithal yara örtülerine olan bağımlılığı azaltacağı ve ülke ekonomisine katkıda bulunacak olması ise tezin bir diğer önemli çıktısıdır.
-
ÖgeAtık çinko-karbon ve alkalin pil karışımının hidrometalurjik geri kazanım prosesinin oluşturulması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-11-15) Andak, Bayram ; Güner Genceli, Fatma Elif ; 506112005 ; Kimya MühendisliğiBu çalışmada amaç, taşınabilir enerji depolama sistemleri içerisinde en yaygın kullanım alanına sahip pil grubunu oluşturan çinko-karbon ve alkalin pillerin geri kazanılması için hidrometalurjik bir proses oluşturulmasıdır. Bu kapsamda, atık çinko-karbon ve alkalin pil karışımı bir dizi fiziksel ve kimyasal işlemlerden geçirilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında farklı marka ve boyuttaki pillerin fiziksel ve kimyasal karakterizasyonu yapılmıştır.
-
ÖgeOrganik kimyasallar ve ham petrol içeren kirlenmiş deniz suyunun tarımsal biyokütleden hidrofobik ve süper oleofilik karbon fiber aerojel üretilerek temizlenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-04) Aytekin, Merve ; Açma, Hanzade ; 506181023 ; Kimya MühendisliğiEnerji ihtiyacı, dünya nüfusunun ve teknolojinin her geçen gün artması neticesinde sürekli artmaktadır. Artan enerji ihtiyacının karşılanmasında en çok petrol kullanılmaktadır. Petrol üretiminin artması birçok sorunu beraberinde getirmektedir. Bu sorunun başında petrolün deniz yolu ile tankerle taşınması esnasında deniz trafiğinin artması, tanker kazaları ve petrolün çıkartıldığı platformlarda meydana gelen kazalar gelmektedir. Kazalar neticeside deniz yüzeyinde biriken petrol ve tankerlerin balast suyunun ve yakıt tanklarını temizlemesi sonucu denize karışan makine yağı içerikli suların denize deşarjı ile deniz suyu kirliliği giderek artmaktadır. Petrol taşımacılığında kullanılan tanker hacimlerinin büyüklüğü ihtiyacı gidermek için giderek artmaktadır. Bu da kazalar soucu yaşanacak felaketlerin boyutunu giderekarttırmaktadır. 2010 ve 2020 yılları arasında Dünya genelinde ham petrol taşımacılığında 7 ton ve üzeri 63 kaza meydana gelmiştir. Bu da 164.000 ton petrolün denize saçılması anlamına gelmektedir. Bu kazalardan kaynaklanan su kirliliği, ciddi çevresel ve ekolojik sorunlara yol açmış ve ekolojik çevre, insan sağlığı ve ulusal kalkınma için ciddi bir tehdit haline gelmiştir. Ayrıca, petrol endüstrisi, imalat endüstrisi, ilaç endüstrisi, gıda endüstrisi vb. olmak üzere çeşitli endüstriyel üretim proseslerinde yağlı atık su üretilerek ciddi su kirliliğine neden olmaktadır. Tüm bu petrol sızıntılarının neden olduğu su kirliliği acil bir sorun haline getirmiştir ve etkin çözümler gerekmektedir. Petrol sızıntılarından kaynaklanan ekolojik sorunları gidermek için uygun maliyetli temizleme yöntemlerine günümüzde büyük ihtiyaç duyulmaktadır. Çevrenin korumasına duyulan ihtiyacın artması nedeniyle, yağ ve su ayrımı için bekleterek ayırma, köpük yüzdürme, filtrasyon, absorpsiyon, flokülasyon ve ultrasonik teknikler gibi çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Günümüzde uygulananmevcut teknikler arasında, absorban yoluyla fiziksel absorpsiyon ile suyun temizlenmesi etkili bir yol olarak tercih edilmektedir. Fiziksel absorpsiyon düşük maliyeti ve yüksek verimliliği nedeniyle petrol sızıntısını yüzeyden absorplayarak suyu temizleme potansiyeline sahiptir. Ayrıca çeşitli yağları ve organik kirleticileri sudan ayıran gözenekli yağ emici malzemelere karşı artan bir talep bulunmaktadır. Bu nedenle, verimli, uygun maliyetli, çevre dostu ve yaygın olarak uygulanabilir yağ emici absorbanların geliştirilmesi gerekmektedir.Son zamanlarda, üç boyutlu yapı, düşük yoğunluk, yüksek gözeneklilik, hidrofobiklik ve geniş spesifik yüzey alanı nedeniyle karbon fiber aerojeller büyük önem kazanmıştır. Bu nedenle, bu denli etkili bir absorbanları daha kolay, ekonomik ve çevre dostu bir şekilde üretmek üzere yeni çalışmalar yapılmaktadır. Son on yılda, biyokütleden elde edilen karbon bazlı aerojeller ucuz, sürdürülebilir ve çevreye zararsız olduğu için önemli bir ham petrol absorbanı olarak kabul edilmiştir. Biyokütlenin en önemli bileşenlerinden biri olan selüloz, dünyanın en çok bulunan doğal polimerdir. Milyarlarca yıllık doğal evrimin ardından selüloz eşsiz bir polimeridir. Bu nedenle selülozdan yapılan aerojeller sırasıyla toksik olmama, düşük maliyet, biyobozunabilirlik, iyi biyouyumluluk, iyi ıslanabilirlik ve kimyasal stabilite gibi özelliklere sahiptir. Saf selüloz lifli aerojellerin yüzeyi hidrofilik gruplara sahiptir, dolayısıyla doğrudan yağ ve su ayrımı için kullanılamaz.Bununla birlikte, yüksek sıcaklıkta karbonizasyon yoluyla hidrofilik gruplarının uzaklaştırılmasıyla hazırlanan karbon fiber aerojeller, iyi bir yağ-su ayrımı seçiciliğine sahiptir. Karbon fiber aerojeller yeni, üç boyutlu ve gözenekli karbon malzeme türü olarak, düşük yoğunluklu, yüksek yüzey alanlı, yüksek gözeneklilikli, yüksek elektriksel iletkenlik ve nano ölçekli yapı gibi çekici karakterlere sahiptir.Bu çalışmada yenilenebilir enerji kaynağı olan farklı biyokütle örneği (kestane kabuğu, yalancı akasya ve melez kavak) kullanılmıştır. Kestane kabuğu, yalancı akasya ve melez kavak ise hızlı büyüyen enerji ormancılığı için uygun biyokütle numuneleri olduğu için bu çalışmada seçilmiştir. Seçilen biyokütlelerden hidrofobik karbon fiber aerojeli üretmek amacıyla sırasıyla alkalinizasyon, ağartma, dondurarak kurutma ve karbonizasyon işlemleri uygulanmıştır. Elde edilen karbon fiber aerojeli düşük maliyetli, ultra hafif ve yüksek oranda geri dönüştürülebilir bir aerojel türüdür. Ayrıca karbon fiber aerojel üretiminde hammadde olarak biyokütle kullanılması da üretim maliyetinden önemli ölçüde tasarruf sağlamaktadır. Sadece melez kavak biyokütlesinin tanecik boyutunun etkisinin incelenmesi amacıyla 2-1µm, 1-500 µm, 500-250 µm, 250µm ve 100 µm altı olmak üzere beş farklı tanecik boyutuna öğütülmüştür. Yalancı akasya ve kestane kabuğu 250 µm altı tanecik boyutuna öğütülmüştür.Saf selüloz fiberin elde edilmesi için üç farklı işlem uygulanmıştır. Birincisi NaOH ile alkali muamelesidir. Bu çalışmada NaOH miktarının hidrofobiklik üzerine etkisinin incelenmesi amacıyla üç farklı miktar denenmiştir. Ağırlıkça %3, %5 ve %10'luk NaOH 250 µm altına öğütülmüş kestane kabuğuna ekstraksiyon sırasında uygulamıştır. Yalancı akasya ve melez kavak biyokütlelerine sadece ağırlıkça %5'lik NaOH uygulanmıştır. İkinci işlem selüloz fiberler ağartılmış ve son olarak inorganik tuzların giderilmesi için seyreltik HCl ile karıştırılmıştır.Daha az maliyetli ve daha güvenli olduğundan aerojel oluşturmak için dondurarak kurutma yöntemi tercih edilmiştir. Elde edilen saf selüloz-su çözeltisi homojenleştirildikten sonra sıvı azot ile dondurulmuş düşük basınç ve sıcaklık altında doğrudan katı fazdan gaz fazına süblime edilmek amacıyla freeze-dryer cihazına konulmuştur. Dondurarak kurutma sırasında malzemelerin mikro yapısı büyük ölçüde korunmuş ve sonuçta elde edilen aerojelin geniş bir yüzey alanı oluşmuştur. Karbonizasyon işlemi sırasında selüloz aerojellerden karbon olmayan atomların gaz halinde daha fazla uzaklaştırılmasına izin veren yavaş bir ısıtma hızı (5 °C min-1) kullanılmıştır. Dört kademeli ısıtma yapılmış her kademede (280 °C-700 °C-800 °C 900 °C) 2 saat bekleme süresi verilmiştir. Karbonizasyon işlemi sonucunda süperoleofilik ve hidrofobik karbon fiber aerojeller elde edilmiştir. Karbon fiber aerojellerin absorpsiyon kapasitesi ham petrol, ayçiçeği yağı ve dizel için kendi ağırlığının 25-94 katı arasında değişmektedir. Bu nedenle, karbon fiber aerojellerin yağ sızıntısı sorunlarıyla mücadele ederek gelecekteki petrol kazaları ve su arıtmaları için umut verici bir absorban olarak hizmet etmesi beklenmektedir. Yapılan deney ve analizlerin sonucunda, melez kavaktan üretilen beş farklı tanecik boyutlu karbon fiber aerojel, üç farklı NaOH oranıyla ekstrakte edilmiş kestane kabuğundan karbon fiber aerojeli veyalancı akasyadan üretilmiş karbon fiber aerojeli numunelerinin tümü hidrofobik ve temas açısı ölçüleri 112° ile 141° arasında değişmiştir. Yüzey temizleme testlerinde yüzeyden ham petrol, ayçiçeği yağı ve dizeli başarılı bir şekilde temizlemiştir. Ekstraksiyon sorası selüloz aerojellere ve karbon fiber aerojellere uygulanan XRD analizine göre selüloz aerojeller karakteristik selüloz Iβ kristalini gösterirken karbon fiber aerojellerin sonucunda bu kristal yapının bozulduğu karbonizasyon işleminin başarıyla gerçekleştiği gözlenmiştir. Yapılan FTIR analizi sonuçlarında karbonizasyon işlemi sonrası su tutucu grupların yapıdan uzaklaştığı ve sonuç olarak karbon fiber aerojelin hidrofobik olduğu görülmüştür.Tüm yapılan çalışmaların sonucunda elde edilen başarılı sonuçlardan dolayı, yenilenebilir ve doğada bol bulunan atık kaynakların değerlendirilmesi elde edilen karbon fiber aerojelinin gelecekte tanker kazalarında yayılan petrolü emerek suyun temizlenmesi ve arıtımı için umut verici bir aday olarak hizmet edebileceğini öngörülmüştür.
-
ÖgeTorefiye edilmiş orman, deniz ve tarımsal biyokütle numuneleri kullanılarak atık sudan kurşun, krom ve kadmiyum giderimi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-04) Birgili, Buğra ; Açma, Hanzade ; 506201007 ; Kimya MühendisliğiAğır metallerin belirli konsantrasyonlar üzerinde toksik ya da eko-toksik özellik göstermeleri, yaşamsal olarak rol üstlenenler de dahil olmak üzere, nedeniyle ağır metaller ile ilişkilendirilmiş pek çok sağlık ve çevre sorunu ortaya çıkmıştır. Atık sular veya uçuşan inorganik partiküller ile ya da asit yağmurlarının toprak bileşiminden bu metalleri çözmesi ile ağır metaller denizlere ve yer altı sularına karışmaktadır. Sanayileşme ile birlikte gübreler, çimento sektörü, cam üretimi, çöp ve atık çamurlarının yakılması, termik santral ve otomobillerde fosil yakıtların yakılması gibi pek çok yaşamsal faaliyet ile ağır metaller yüksek konsantrasyonlarda doğaya salınmaktadır. Araştırmacılar, bu gibi faaliyetlerden gelen atık sulardaki ağır metalleri giderecek ucuz, etkili, kolaylıkla bulunan ve sürdürülebilir bir çözüm arayışı içerisindedir. Ülkemizin biyokütle kaynaklarının bu alanda kullanılma potansiyeli mevcuttur; ancak, bu biyokütle kaynaklarımızın torefiye işlemi gibi termal süreçlerden geçirilerek özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Torefiye işlemi, biyokütleyi 300 C'ye kadar inert atmosfer altında ısıtarak hemiselüloz yapılarını daha stabil hale getirir ve uçucu maddeleri azaltıp sabit karbon oranını arttırarak daha kaliteli ve hidrofobik özellik gösteren katı yakıt elde edilmesini sağlayan bir termal ön işlemdir. Ayrıca, nemin giderilmesi ve fiber yapının bozulması ile biyokütlede biyobozunma engellenir ve öğütülme daha kolay hale gelir. Bu çalışmada ülkemizden tarımsal biyokütle olarak çay üretim atığı, mısır atığı, üzüm çekirdeği; orman biyokütlesi olarak çam kozalağı ve orman gülü; deniz biyokütlesi olarak ise yosun numunelerinin kurşun, krom ve kadmiyum ağır metallerini atık sulardan arıtma amacıyla kullanılma potansiyeli araştırılmıştır. Bu kapsamda hem biyokütle numune hazırlama sırasında hem de ağır metal tutumu sırasında kontrol edilmesi gereken parametrelerden bir kısmı incelenmiştir. Biyokütle numunesinin hazırlanması sırasında torefiye işleminin etkisi, torefiye son sıcaklığı ve torefiye son sıcaklığında bekleme süresi; ağır metal ile adsorban malzemeyi yükleme sırasında ise sıcaklık, karıştırma hızı, ve çözelti ortamı pH değeri parametrelerinin Pb, Cr, Cd tutma kapasiteleri incelenmiş ve gruplar arasındaki farklar istatistiksel analiz ile belirlenmiştir. Ayrıca, biyokütlelerin tekrarlı kullanımı ve tutulan iyonları geri kazanım performansı da incelenmiştir. Karakterizasyon çalışmalarında XRD, SEMEDS, FTIR, Zeta potansiyeli, uçucu madde ve kül tayinleri yapılmıştır. İstatistiksel analiz sonuçlarına göre torefiye sıcaklığında 30 dakika bekleme süresi vermek, ağır metal tutma kapasitesine olumlu katkı sağlamaktayken, yüksek torefiye sıcaklıklarının anlamlı bir katkısının olmadığı bulunmuştur. Karıştırma hızının anlamlı bir katkısı görülmemiştir.Yükleme ortamı pH değerlerinden ise istatistiksel olarak önemli derecede farklı olanları, zeta potansiyelleri de göz önünde bulundurularak pH 3-5 aralığında çalışmanın optimum sonuç vereceği şeklinde yorumlanmıştır. Yükleme sıcaklığı olarak 50 ℃'de çalışmanın bu çalışma içerisinde istatistiksel olarak anlamı bir katkısının bulunmadığı ancak literatürdeki mevcut bulgularla uyumlu sonuç verdiği görülmüştür. XRD Analizi ile ağır metallerin adsorblandığı ve FTIR verilerine göre ise moleküler yapıda önemli bir değişiklik olmadığı ispatlanmıştır. Torefiye çay atığı biyokütlesinin performansını yitirmeden üç kere kullanılabilir olduğu ve tutulan ağır metallerin istenirse geri kazanılabildiği de gösterilmiştir.
-
ÖgeSynthesis of zeolite A coatings(Graduate School, 2022-02-10) Bayrak, Arzu ; Erdem, Ayşe ; 506181001 ; Chemical EngineeringZeolites are microporous crystalline hydrated aluminosilicates with pores of molecular sizes in their framework. Zeolite A is a hydrophilic synthetic zeolite with the lowest Si/Al ratio possible for zeolites, which is 1 and has a 3-dimensional pore structure with effective pore diameter about 4 Å. During zeolite synthesis, an amorphous reactant mixture is converted into microporous crystalline product. In addition to the conventional powder and pellet forms, zeolites can be synthesized on various surfaces as coatings via different synthesis methods. These coatings may be used in separation and heating-cooling applications. Zeolite coatings prepared for use in separation applications, should be continuous thin coatings without defects. Two new methods developed recently in our laboratory for the preparation of zeolite coatings are conduction heating and induction heating methods. The main idea of these methods is that the substrate is heated by conduction or induction and the synthesis solution is kept at a lower temperature than the surface temperature of the substrate. In this way, crystallization on the substrate is favored with respect to that in the synthesis solution. The induction heating method was observed to be suitable for use in large-scale applications. The purpose of this study is to test the applicability of the induction heating method to the preparation of thin zeolite A coatings on cylindrical metal substrates that may be suitable to be used in separation applications. The effects of different substrate types and system/synthesis parameters on the properties and performance of the synthesized zeolite A coatings are examined. Different cylindrical metal substrates to be used in the coating experiments were designed and constructed with various types of 316L stainless steel wire mesh sheets. Zeolite A coatings were prepared by heating the metal substrate with induction power in a circulating synthesis solution system. The prepared coatings were weighed and their mass equivalent thickness values were calculated. The samples taken from the coatings were analyzed by thermogravimetric analysis (TGA) and X-ray diffraction (XRD) techniques. Nitrogen permeabilities of the coatings were also measured. Before the synthesis experiments, the dependence of reactor inlet and outlet temperatures and thus the temperature difference obtained across the reactor on other system parameters are determined with the help of calibration experiments carried out using water instead of synthesis solution. Zeolite A coating synthesis experiments were started by testing different substrate types, 24x110/500 (single outer layer), 24x100/500/500 (double outer layers) and 24x110/200x1400. An additional zeolite phase besides LTA, the LTN phase, was also seen to be present in smaller amounts, in the coatings obtained in these preliminary experiments. 24x110/200x1400 was observed to be the substrate type on which the most preferable coatings with lower amounts of LTN phase, and lower permeance and thicknesses values were obtained. For this reason, zeolite A coating experiments were continued using 24x110/200x1400 substrates. When experiments at different flow rates were conducted, it was observed that thinner and more closed coatings could be obtained using lower flow rates. For the investigation of the effects of inlet-outlet temperatures on the coating properties, experiments at different reactor inlet-outlet temperatures in the range of 30-35 to 55-60 °C, for two different synthesis times of 3 and 5 hours, were carried out. The coating thickness increased with the increase in reactor inlet and outlet temperatures, for both synthesis times. The gas permeance, however, seemed to decrease with the increase in coating thickness at low thickness values, while it started to increase again above coating thickness values of about 100 µm, for both synthesis times. In order to optimize the effects of reactor inlet-outlet temperatures to prepare thinner coatings with lower permeabilities, running the experiment in stages with different reactor inlet-outlet temperatures was attempted and successfully achieved. The smallest equivalent thickness obtained was 210 µm for the only coating synthesized with a gas permeance value lower than 10-9 mol/m2.s.Pa, in these initial two staged experiments. This coating was obtained with 3 hours of first stage at reactor inlet-outlet temperatures of 45-50°C, followed by 2 hours of second stage at reactor inlet-outlet temperatures of 55-60 °C. Two staged synthesis approach was further investigated by keeping one of the first or second stages same and changing the reactor inlet-outlet temperatures of the other stage. The change in reactor inlet-outlet temperatures in the second stage affected the coating thickness more significantly, while it affected the gas permeance less. The effect of the temperature change of the first stage against the temperature change of the second stage was more striking. As the temperature of the first stage increased in the range tested in these experiments, both the coating thickness and the gas permeance values decreased. The coating obtained from the experiment with the reactor inlet-outlet temperatures of 45-50 and 50-55 °C in the first and second stages, carried out for 3 and 2 hours, respectively, was observed to have an equivalent thickness value of 112 µm, almost half the value of 210 µm for the previous coating obtained at 45-50 and 55-60 °C. The actual effective thickness value of the coating across which gas permeation takes place is expected to be lower than the equivalent thickness value calculated, for the substrates used in this study. Both of these coatings had sufficiently low gas permeance values lower than 10-9 mol/m2.s.Pa. Finally, the results of XRD and TGA analyses revealed that both of these coatings were highly crystalline zeolite A coatings.
-
ÖgeBiopolyester / natural polymer blends for biomedical applications(Graduate School, 2022-05-22) Turan, Cansu Ülker ; Güvenilir, Yüksel ; 506152001 ; Chemical EngineeringIn this thesis, it is aimed to fabricate an antibiotic delivery system with optimal release kinetics that will overcome this problem. In recent years, fabrication of biocompatible electrospun nanofibers for drug delivery applications is the subject of increased interest, since they mimic the extracellular matrix, provide high surface area, and controlled drug release. In the present study, natural polymers (gelatin or both gelatin and chitosan) were blended with enzymatically synthesized biopolyester, poly(ω-pentadecalactone-co-ε-caprolactone) copolymer (PDL-CL), in order to obtain a synergetic effect. By the use of synthetic and natural polymers together, it was aimed to combine well-defined degradation and mechanical properties of a synthetic polymer with biocompatibility, cell adhesivity, and ability of site-specific delivery due to their functional groups of natural polymers. In this way, PDL-CL/gelatin and PDL-CL/gelatin/chitosan nanofibrous membranes were fabricated for controlled delivery of tetracycline hydrochloride (TCH) which is a commonly preferred antibiotic for treatment of skin infections resulted from a cut, burn or surgical operation. PDL-CL copolymer was synthesized by the catalysis of a home-made immobilized enzyme, Candida antarctica lipase B (CALB) immobilized onto rice husk ashes (RHA) via physical adsorption. Lipase-catalyzed copolymerization studies are limited and there is an increasing interest to improve material features by this way. Moreover, utilization of an enzymatically synthesized polymer rather than a polymer synthesized by organometallic catalysts in a formulation that will be used for a biomedical application may be advantageous, since the resulting product will be metal-free. Electrospinning of an enzymatically synthesized polymer is a challenging issue due to their low molecular weights, therefore studies that cover fabrication of electrospun nanofibrous drug delivery systems using an enzymatically synthesized polymer are limited in literature.
-
ÖgePreparation methods and promoters effects on α-Al2O3 supported Fe-Mn based FT catalysts for light olefin production(Graduate School, 2022-06) Atik, Özge ; Gür Gümüşlü, Gamze ; 506171047 ; Chemical EngineeringMost countries do have not sufficient fossil resources. So, they need to develop alternative and environmental processes to prevent their dependence on other foreign countries, and also reduce carbon emissions. Fischer-Tropsch synthesis was developed in Germany in 1923 with the increasing demand for liquid fuel during World War. Fischer-Tropsch (FT) which process is the conversion of synthesis gas (CO, H2) has become one of the most important processes for industry. It is possible to obtain a wide range of products with Fischer-Tropsch catalysts from single-carbon methane to more carbon-containing products. These hydrocarbons obtained can be subjected to various processes and then converted into fuels and convenient chemicals. Hydrocarbons obtained as a result of Fischer-Tropsch synthesis also do not contain harmful chemicals and contain a small amount of aromatic structure compared to known fuels. The most important member of the hydrocarbons belonging to the organic compound's family are olefins known as alkenes. Olefins are divided into two main groups light olefins (C2-C4) and heavy olefins (C5+) according to the number of carbons they contain. Light olefins which are the raw materials of many products we encounter many times in our daily lives are very important components of the chemical industry. Commonly preferred metals for Fischer-Tropsch catalysts are iron, nickel, cobalt, and ruthenium. Iron-based catalysts are much cheaper than other active-metal-based catalyst. Also produces less methane and higher amounts of olefins. The product selectivity of the catalyst depends on many factors such as promoter, support material, and also many other parameters (for example; flow, pressure and gas composition, etc). The subject of this study, "Development of Catalyst and Reactor for the Production of Light Olefin from Cleaned Synthesis Gas" is a project carried out together with TUBITAK-MAM Energy Institute and ITU SENTEK Catalysis Laboratory. Within the scope of the project, iron was selected as the active metal due to its many advantages, and a catalyst was developed. In this work, the effect of promoter and solvent-aided impregnation on FT-Olefin synthesis performance was investigated for 15% Fe-based alumina-supported catalysts. In the synthesized 50 different Fe-based α-Al2O3 supported catalysts manganese (Mn), copper (Cu), potassium (K), and nickel (Ni) were used as promoters. These catalysts were prepared using three different solvents in the impregnation step. So in this work, we examined the catalyst preparation method (solvent effect) and promoter effects. Catalyst performances were tested in the atmospheric and high-pressure test systems at 310 ⁰C, H2/CO=2. After the atmospheric tests, the best catalysts were selected and tested in a high-pressure test system at 10 bar at 310 ⁰C in the flow of H2/CO=2. After performance tests, the catalysts were characterized to explore catalysts' behavior physically and structurally by these characterization methods; Brunauer–Emmett–Teller (BET), X-ray diffraction (XRD), H2-Temperature Programmed Reduction (H2-TPR), Scanning Electron Microscope (SEM). In this study, Mn which has been studied extensively in the literature as it enhances the light olefin selectivity was selected as the first promoter. Different Mn percentages (x= 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5) by molecular weight were tested and the highest light olefin selectivity and CO conversion were observed in 0.3 wt.% Mn. After choosing the optimum amount for the Mn promoter, the effect of Cu, Ni, and K metals on 15Fe0.3Mn/α-Al2O3 with the amounts as x= 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 weight percent was investigated. It was observed that the best results for Cu, Ni, and K promoters were 0.5 weight percent. To analyze the solvent effect on catalyst preparation isopropyl alcohol, n-pentane, and deionized water was used in this study. The addition of Mn promoter to iron catalyst (15Fe0.3Mn/α-Al2O3) increased olefin selectivity by 25% compared to unpromoted catalyst. CO conversion of Mn-promoted catalyst prepared with n-pentane was higher and more stable than the unpromoted sample. 15Fe0.3Mn/α-Al2O3-NP had 63% CO conversion. Cu loading had positively affected the catalyst olefin selectivity and CO conversion. Cu promoter led to catalyst stability and higher reaction performance. Cu-promoted catalysts` CO conversions are equal to 88 and 93 for water and pentane, respectively. The highest olefin selectivity and olefin-to-paraffin ratio among all catalysts in this work belong to the K-promoted catalyst. The olefin selectivity and olefin to-paraffin ratio are 49.83% and 7.3% respectively. The addition of Ni shifted the product selectivity to paraffin and CH4. Ni promoted catalysts paraffin ratio equals 30% which has the highest paraffin selectivity. The catalyst promoted with Cu and K (15Fe0.3Mn0.5Cu0.5K) showed synergistic interaction including the stability and activity decrease from the K promoter effect but the Cu promoter balanced the CO conversion. The K promoter prevented the secondary hydrogenation reactions so the olefin selectivity and O/P ratio increased. In this context, for industrial applications, A0.5Cu and A0.5K catalysts were chosen due to the CO conversion, high olefin selectivity, low methane selectivity, and high olefin to paraffin ratio during the catalyst performance tests.
-
ÖgeGrafen/kalay esaslı nanokompozitlerin lityum iyon pillerde anot malzemesi olarak kullanımının incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-07) Alp, Selin ; Yavuz, Reha ; 506161032 ; Kimya MühendisliğiDünya nüfusundaki artış ve sürekli gelişim içerisinde bulunan teknolojiye bağlı olarak enerji ihtiyacı da artmaktadır. Özellikle taşınabilir elektronik cihazlar, otomobiller için sürdürülebilir enerji kapsamında depolanma teknolojileri gelişmektedir. Elektrikli otomobiller, hibrit otomobiller, dizüstü bilgisayarlar ve cep telefonları gün geçtikçe yaygınlaşmakta ve şarj/deşarj süreleri de daha önemli hale gelmektedir. Tüm bu gelişmelerle birlikte çevrenin korunması da önemli olmaya devam etmektedir. Lityum iyon piller, endüstride enerji güvenilirliğini arttırarak mevcut kaynakların verimli kullanılmasını sağlamakta olup, bu alandaki çalışmalar ve yatırımlar gün geçtikçe artmaktadır. Bu nedenle, lityum iyon pilin maliyet, çevrim ömrü ve güvenlik bakımından iyileştirilmesi amacıyla, mevcut pillerin özellikleri geliştirilerek yüksek enerji yoğunluklu ve uzun çevrim sayısına sahip anot malzemeler konusunda ağırlıklı olmak üzere muhtelif çalışmalar gerçekleştirilmektedir. Lityum iyon piller, sahip oldukları yüksek enerji/güç yoğunluğu, uzun ömür ve düşük maliyet gibi nedenlerle, enerji depolama sistemlerinde taşınabilir enerji kaynağı olarak tercih edilmektedir. Lityum iyon pillerin performansı, pillerde kullanılan bileşenlerin çeşidi ve verimliliğine bağlı olarak değişim göstermektedir. Pil kapasitesinin artırılması, şarj-deşarj sürelerinin verimli hale getirilmesi için anot ve katot kısımlarında çeşitli malzemeler kulanılmak suretiyle deneysel çalışmalar gerçekleştirilmektedir. Lityum iyon pillerde en yaygın olarak kullanılan anot malzemesi grafendir. Silisyum (Si), kalay(Sn) gibi anot niteliğine sahip diğer bazı malzemeler ile karşılaştırıldığında, daha az spesifik kapasiteye sahip olmasına rağmen grafit, yapısal olarak daha kararlı ve uzun ömürlü olduğundan anot malzemesi olarak kullanımda tercih edilmektedir. Ancak grafitin enerji kapasitesinin oldukça sınırlı olması nedeniyle, grafitin doğrudan anot malzemesi olarak kullanılacağı lityum iyon pillerin enerji yoğunluğu, taşınabilir elektronik cihazların enerji ihtiyacını karşılayamaz nitelikte olmaktadır. Grafen ise grafitten elde edilen olağanüstü özelliklere sahip bir malzeme olup, kimyasal olarak kararlı ve yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir. Bunun yanı sıra iyi mekanik ve ısıl iletkenlik özelliklerine sahip olması nedeniyle, kompozit anot malzeme sentezleme çalışmalarında baz elektrot olarak tercih edilmektedir. Tez çalışması kapsamında, İstanbul Teknik Üniversitesi – Enerji Enstitüsü, Malzeme Üretim ve Hazırlama Laboratuvarı'nda grafitten grafen (rGO) elde edilerek, kalay oksit katkılandırma ile farklı oranlarda grafen-kalay oksit nanokompozit anot malzemeleri üretilmiş ve pil yapımında kullanılmak suretiyle de söz konusu malzemelerin kapasiteleri incelenmiştir. Elde edilen malzemeler, taramalı elektron mikroskopu (SEM), termogravimetrik analiz (TGA) ve X-ışını difraksiyonu (XRD) yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Ayrıca, malzemelerin pil performansını değerlendirmek amacıyla sentezlenen malzemelere şarj-deşarj kapasite ölçümü, dönüşümlü voltametri ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) yöntemleri uygulanmıştır.
-
ÖgeKuru aşındırma yöntemiyle titanyum silisite seçici kontak aşındırma prosesinin optimizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-07) Kelle Bilgiç, Tuğba ; Meriçboyu, Ayşegül ; 506191028 ; Kimya MühendisliğiBu çalışmada, kontak aşındırma prosesi optimize edilmesi amaçlanmıştır. Bunun için, kontak aşındırma prosesi reaktif iyon aşındırma reaktöründe iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamanın, silisyum üzerinde oluşturulan titanyum silisit katmanına karşı seçici olması gerekmektedir. Titanyum silisit, kontak içlerine doldurulacak metal ile silisyum arasında ara bağlantı elemanı olarak görev yapmaktadır. Kontak direçlerinin yüksek olmaması için kontak içlerinde aşındırma sonrası dielektrik malzeme (silisyum dioksit) kalıntısı veya aşındırma sırasında oluşan polimer kalıntısı kalmaması çok önemli olduğu gibi, silisyum dioksit aşındırılırken alt katmanında bulunan titanyum silisitin aşındırılmaması da çok önemlidir. Bunun gibi birden fazla katmanın bulunduğu ve alt katmanın aşındırılmaması istenen durumlarda uygulanacak yöntemin alt katmana mümkün olduğunca seçici olması istenmektedir. Bu tezde sunulan çalışmada; güç, basınç ve gaz değişkenlerinin etkisini incelemek amacıyla deneyler gerçekleştirilmiş ve deneyler iki aşamalı olarak planlanmıştır. Birinci aşamada, sabit bir gaz oranında basınç ve güç parametreleri değiştirilerek en iyi seçicilik değerini veren basınç ve güç değeri belirlenmiştir. İkinci aşamada ise birinci aşamada belirlenen basınç ve güç değeri sabit tutularak gaz bileşimi değiştirilmiş ve optimum gaz akış miktarı belirlenmiştir. Birinci aşamada, "Minitab Statistic" programı ile deneysel tasarım yöntemlerinden tam faktöriyel tasarım yöntemi ile deney parametreleri belirlenmiş, ikinci aşamada ise karışım tasarımı yöntemi ile gaz karışımları belirlenmiştir. Seçiciliği yüksek olan numunelere FIB-SEM cihazı ile kesit görüntüsü alınmış ve boyut ve profil kontrolü yapılmıştır.
-
ÖgeDestek hazırlama yöntemlerinin paladyum esaslı (Pd) yoğun metalik membran performansına etkileri(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-14) Toprak, Berna ; Gür Gümüşlü, Gamze ; 506181020 ; Kimya MühendisliğiBu çalışma kapsamında, bu sorunu çözemek için destek malzemesinin yüzeyinin ara tabaka ile kaplanması, böylece alümina destek malzemesinin yüzeyindeki pürüzlülükler, kusurlar düzeltilerek, gözenek boyutu da küçültülmüştür. Böylelikle yüzeyi geliştirilmiş destek malzemesi yüzeyine kaplanan Pd tabakasının yüzey morfolojisi de iyileşmiştir. Bu iyileşmeyi görebilmek için α-Al2O3/Pd, α-Al2O3/γ-Al2O3/Pd, α-Al2O3/grafit/Pd membranlarının yüzey morfolojileri ve yapıları, Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM) ve X-ray Işını Difraktrometresi (XRD) karakterizasyon yöntemleri ile incelenmiştir ve farklılıklar yorumlanmıştır. α-alümina destek malzemesi yüzeyine kaplanan γ-Al2O3 ara tabakası sol-jel yöntemi ile hazırlanmıştır. Destek malzemesi, böhmit (AlOOH) kullanılarak hazırlanan böhmit kaplama çözeltisine daldırılarak kaplanmıştır ve yüzeye kaplanan ince böhmit yapısını γ- Al2O3 yapısına dönüştürmek amacıyla kalsinasyon yapılmıştır. Yüzeyde γ-Al2O3 ara tabakasının elde edildiğini teyitlemek amacıyla XRD ve Termogravimetrik (TGA) analizleri yapılmıştır. İnce, çatlaksız ve düzgün bir γ-Al2O3 ara tabakasını oluşturmak için kaplama süresi (s), PVA, PEG kimyasallarının hacimsel olarak eklenme oranı ve kalsinasyon prosedürü gibi parametreler optimize edilmiştir. Böylece, böhmitle hazırlanan kaplama çözeltisine , %1,2wt PVA, %0,6wt PEG kimyasallarından sırayla hacimce %8 ve %4 eklenmesine, destek malzemesinin 30 saniye kaplama süresinde kaplanmasına ve kademeli ısıtma ile 600°C sıcaklıkta 3 saat kalsinasyon prosedüründe yapılmasına karar verilmiştir.
-
ÖgeHidrojen ayrıştırılması için sülfüre dayanıklı MOF kaplamalı PD bazlı yoğun metal membran geliştirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-07-20) Kalkan, Sevgi ; Gür Gümüşlü, Gamze ; 506191025 ; Kimya MühendisliğiBu çalışmada, H2 geçirgen Pd membrana kükürt dayanıklılığı sağlayan UiO-66 kaplamalı membran geliştirilmiştir. UiO-66 tabakanın Pd yüzeyi kükürde karşı koruma seviyesini test etmek için SO2 gaz testi uygulanmıştır. Geliştirilen membran otoklav reaktör içerisinde 2.5 bar basınç ve 150℃ sıcaklık altında SO2 gazına doğrudan maruz bırakılmıştır. Membran yüzeyin SO2 uygulaması öncesi ve sonrası XRD ve FTIR analizleri gerçekleştirilmiş, PdxSy bileşiklerinin oluşumunun engellendiği görülmüştür. Bunların yanı sıra membran üretiminin her aşamasında yüzey değişimleri FTIR sonuçlarıyla desteklenmiş, membran SEM görüntüleri paylaşılmıştır.
-
ÖgeYara örtücü ve benzeri uygulamalarda kullanılmak üzere biyopolimerik filmler geliştirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-08-19) Yıldırımlı Akkaya, Nil Erge ; Giz, Hatice Hüceste ; 509142011 ; KimyaGünümüzde denizlerde ve karalarda kirlilik tehlikeli boyutlara ulaşmıştır. Bu kirliliğin önemli bir kısmı hayatımıza girmiş olan sentetik polimerik malzemelerden kaynaklanmaktadır. Doğada bozunmaları yüzyıllar mertebesinde olan bu sentetik polimerler deniz ve kara hayvanlarının ve hatta insanların da besin zincirine girmiş durumdadır. Bu hal, sentetik polimerlerin kullanıldığı her alan için doğada çözünebilen, bozunabilen alternatiflerinin bulunmasını gerektirmektedir. Çalışmamızda sağlık ve gıda alanındaki ihtiyaca bir ölçü de olsa katkı sağlayabilmek amacı ile biyobozunur olmanın ötesinde insan, hayvan, tüm canlıların rahatça tüketebileceği, doğrudan besin zincirinde yer alan polisakkarit yenilebilir filmlerin elde edilmesi ve özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Biyouyumlu filmlerin sağlık alanında çeşitli kullanım yerleri vardır. Bunlar arasında yara örtücüler ve ilaç salım sistemleri sayılabilir. Pamuk ve selüloz bazlı sargıların yaraya yapışması, değiştirilmesindeki zorluk, yarayı dış etkilerden korumada yetersizlikleri yeni arayışlara yol açmıştır. Biyouyumlu polisakkarit bazlı filmler, yara iyileşmesi için gereken nem ve oksijen miktarını sağlamaları, yarayı mikroplardan korumaları ve yara iyileşmesini hızlandırmaları sebebiyle tercih edilmektedirler. Vücuda uzun süre yapıştırılması gereken ilaç salım sistemlerinde ve uzun iyileşme süresi gerektiren kronik yaralarda iyileşme süresini kısaltmaları ve hasta konforunu arttırmaları dolayısı ile biyopolimerik filmler tercih edilmektedir. Yara örtücülerin yüksek katma değerli malzemeler olması yeni yeni piyasaya girmekte olan polisakkarit filmlerin uygulanma şansını da arttırmaktadır. Yenilebilir gıda ambalajı ise bu filmlerin diğer önemli bir kullanım yeri olacaktır. Günümüzde her dakika 15 ton plastik atık okyanuslara dökülmektedir ve bunun %40 kadarı tek kullanımlık ambalaj malzemeleridir. Bu malzemelerin bozulmaları da yüzyıllar aldığından denizler çöplük halini almaktadır. Avrupa Birliğinin aldığı bir karar gereğince 2030 itibarı ile tüm gıda ambalajlarının biyobozunur olması gerekmektedir. Gıda ambalajlarının biyobozunur ve yenilebilir olması elbette günümüzde alışılmış teknolojilerin terk edilerek yeni teknolojilerin geliştirilmesini gerektirdiğinden ek maliyet anlamına gelmektedir ve rekabetçi pazarın da buna tahammülü yoktur. Ancak tüketicilerin bilinçlenmesi ve doğru tercihler kullanması ile yakın zamanda hayatımıza gireceği kesindir. Çalışmamızda potansiyel yara örtücü ve yenilebilir gıda ambalajı olarak agar, keçiboynuzu zamkı ve salep temelli filmler üretildi. Agar kırmızı deniz yosunundan üretilen bir hidrokolloittir. Agaroz ve agaropektin adı verilen iki ayrı birimden oluşur. Agaroz jelleşebilen yapıdadır, agaropektin ise sülfat grubu taşıyan, yüklü, jel oluşturmayan birimdir. Agar oda ve vücut sıcaklığında suda çözünmez ancak 90oC sıcaklıkta suda çözünür, soğuduğu zaman tekrar heliks yapısını alarak suda çözünmez forma geri döner. Agarın jelleşebilen yapısı ve yüksek sıcaklık çözünürlüğü oda sıcaklığında veya en fazla vücut sıcaklığı olarak 36 - 40oC'lerde güvenle kullanılabilmesine olanak sağlar. Jelleşmesi için sentetik bir çapraz bağlayıcı gerektirmemesi de ayrı bir üstünlüğüdür. Agar filmlerinin mukavemetleri ve yüksek yüzde uzama değerleri bu amaçlar için uygundur fakat antimikrobiyal özellikleri yoktur. Bu sebeple antimikrobiyal özellik gösteren diğer polisakkaritlerle katkılanarak kullanılması yoluna gidilmiştir. Seçilen ikincil malzemelerden biri keçiboynuzu zamkıdır (locust bean gum; LBG). Keçiboynuzu zamkı, keçiboynuzu ağacının tohumlarından elde edilen bir polisakkarittir. Ana zinciri mannan, yan grupları ise galaktoz gruplarından oluşur. Bu yapı jelleşen bir yapı değildir fakat uzun agar zincirleri ile etkileşerek suda çözünmeyen filmler oluşturur. Mekanik özellikleri ve su buharı geçirgenliği de uygun değerdedir. Diğer polisakkarit olarak ülkemize özel bir ürün olan salep seçildi. Salep ülkemizde de yetişen orchid genus orchis adlı yabani bir orkide türünün kök yumrularından elde edilir. Çok bileşenli bir polisakkarittir. Yapısında nişasta, kalsiyum, potasyum, demir klorürleri ve zengin miktarda glukomannan bulunur. Çalışmamızın ilk bölümünde agar-LBG ve agar-Salep filmleri elde edilerek fiziksel, antimikrobiyal özellikleri ve hücre yaşamasına etkileri incelendi. LBG ilavesi filmlerin su buharı geçirgenliğini arttırdı, suda ve fosfat tamponunda çözünmeyen, antimikrobiyal özellikleri saf agar filmlerinden çok daha güçlü, hücre yaşam yüzdeleri saf filmlerden daha yüksek, UV geçirgenliği daha düşük filmler elde edildi. Salep katkısı ise (agar-salep) suda çözünür, su buharı geçirgenliği ve UV geçirgenliği daha düşük, antimikrobiyal özellikleri ve hücre yaşam yüzdeleri daha yüksek filmler elde edilmesini sağladı. Hem LBG hem de salebin antimikrobiyal özellikleri yüksek olduğundan ikili filmlerinin daha yüksek antimikrobiyal özellik taşıyabileceği, yumuşak yapılarının da gerek yara örtücü gerekse yenilebilir film olarak daha uygun olabileceği düşünülerek LBG-Salep filmleri yapıldı. Çalışmanın sonunda, LBG-Salep filmleri agar içeren filmlerden çok daha iyi antimikrobiyal özellik göstermiştir. Tek tek gıdaların ambalajlanmasında veya suda çözünebilen filmler gerektiği durumlarda LBG-Salep filmleri iyi bir alternatif olacaktır. Suda çözünmeyen filmlerin uygulama alanı daha geniştir. Su içeren veya içermeyen gıdalar, hazır yemekler vb. ürünler bu tür filmlerden yapılan ambalajlarda saklanabilir. İlk bölümde üretilen agar-LBG filmleri suda çözünmez yapıdadır. Antimikrobiyal değerleri de saf agar filmlerinden oldukça iyi olmasına rağmen biraz daha arttırabilmek amacıyla agar-LBG filmlerine uçucu yağlar katıldı. Uçucu yağ olarak, antimikrobiyal özellikleri bilinen çörek otu, kantaron ve biberiye yağları seçildi. Çalışma sonucunda transparan, kopma mukavemeti ve kopma uzaması daha düşük filmler elde edilmiş ise de antimikrobiyal sonuçlar beklenen aşırı artışı göstermemiştir. Yağların antimikrobiyal özelliğinin çok artmaması, filmin besin değerini de arttırmış oldukları sebebine bağlanabilir. Bu çalışma sonunda her biri farklı özelliklerde biyouyumlu, biyobozunur, yenilebilir agar, LBG, salep ikili kompozit filmleri ilk defa üretilmiş ve özellikleri incelenmiştir, böylelikle yara örtücü ve gıda ambalajı konusunda yeni ve faydalı alternatifler oluşturduğumuza inanıyoruz.
-
ÖgeControlled delivery of chalcone via biopolyester nanohybrid(Graduate School, 2022-11-17) Kaptan, Yasemin ; Güvenilir, Yüksel F ; 506162010 ; Chemical EngineeringIn recent years, biodegradable, biodegradable polymers have received great attention especially in medical applications and have begun to replace traditional petroleum-based synthetic polymers. Durable polymeric materials with superior physical, mechanical and chemical properties are highly demanded for medical applications. It is crucial that these materials can survive and perform in the harsh conditions of the human body, such as very low or very high pH environments and mechanical stress. One approach to manufacturing such advanced medical devices is the use of hybrid polymeric materials. In simple terms, a hybrid polymer is material consisting of two compartments, one of which is a natural or synthetic polymer, interacting with each other at the molecular level. The formation of an organic/inorganic hybrid system allows us to take advantage of the advantageous properties of each component or to create enhanced properties, sometimes synergistically. Especially in drug delivery and controlled release applications, several inorganic materials such as iron oxide nanoparticles, gold nanoparticles, silver nanoparticles, mesoporous silica and various types of clay are widely used either individually or in combination with polymers. These inorganic materials are preferred because of their small particle sizes and improved optical, electrical and mechanical properties. Despite the superior properties of inorganic materials, the use of such inorganic particles as drug carriers has some drawbacks. The main disadvantage is that they require surface modifications to ensure stability and good dispersion. Generally, these inorganic particles are used in drug delivery applications by coating or grafting with biodegradable and biocompatible polymers or forming composites. This approach also increases the biocompatibility of particles, which is one of the key features in the development of successful drug delivery system. These polymers can be synthetic or natural, and the most commonly used polymers in organic/inorganic hybrid systems for medical applications are polycaprolactone, polyvinyl alcohol, poly(d,l-lactide-co-glycolide), polyethylene glycol. Organic/inorganic hybrid systems developed with a polymer and inorganic particles can be classified under two main groups depending on the interactions between the two components. In Class 1 hybrid systems, inorganic particles are trapped or encapsulated in the polymer matrix by weak intermolecular forces such as Van der Waals, electrostatic interactions, and hydrogen bonding. Class 2 organic/inorganic hybrid system is formed by covalent or ionic bonding between organic and inorganic components. This covalent bonding can be formed by two different approaches: polymer in situ synthesis in the presence of inorganic particles, in situ formation of inorganic material, or a combination of polymer and inorganic material, both of which are produced ex situ. Interface characteristic is an important factor that changes the characteristics of the developed hybrid system. PCL has high biocompatibility as its degradation products can be metabolized in the body or excreted directly from the body. Because of its biodegradability and biocompatibility, PCL has been approved by the US Food and Drug Administration for use in medical applications. PCL-based materials have been successfully used in bone tissue regeneration, skin tissue engineering and vascular tissue engineering applications. In addition, several drug release studies using PCL-based drug delivery systems have been reported. PCL can be synthesized both chemically and enzymatically via ring-opening polymerization (ROP). Industrially, tin octoate is used as a metallic catalyst. Metallic catalysts operate at high temperature and pressure. Also, the end product may be toxic due to unremoved metallic residue, thus reducing the chances of PCL's medical applications. On the other hand, enzymes are non-toxic and can catalyze reactions in milder conditions. Lipase enzymes catalyze the polymerization of ε-caprolactone (CL). Drug delivery system (DDS) designs improve drug pharmacokinetics and biodistribution and provide a sustained release profile. DDS provides some exceptional properties compared to conventional drug formulations. The major disadvantage of active substances used in the treatment of diseases is that some molecules agglomerate in body fluids due to their hydrophobic character. Conventional drug formulations provide a solution to this complexity by using appropriate additives. However, these additives can have adverse effects on their intended site of action. The drug carrier used in such designs also protects the targeted area from the toxic effects of active molecules by controlling the dosage and keeping it below the toxic limit. Another function of the carrier material is to protect active molecules from premature degradation and rapid degradation by body metabolism. Smart drug delivery systems (SDDS) are systems designed and developed to deliver active substances to the desired site of action and to release them when stimulated by a physical or chemical change. The main purpose of using SDDS is to control the release kinetics so that the active material can be delivered to the desired site of action without causing any side effects to the non-targeted sites. Controlled release of the active ingredient is usually provided by stimuli-responsive polymers. Such polymers can undergo structural changes when exposed to different physical conditions that facilitate drug release. These changes in the physical environment, or 'stimulants', can be light radiation, temperature, pH, and magnetic stimuli. Chalcones are open-chain molecules naturally found in plants. Their chemical structure consists of two aromatic rings with a three-carbon α,β-unsaturated carbonyl system between them. The chemical structure of chalcones can be varied by adding functional groups to aromatic rings. Trans-chalcone (TC) has attracted attention in recent years in terms of its biological activities, due to its abundance in nature, its preparation and its simple structure. TC has been proven to have anticancer activity against several types. The anti-leishmania activity of trans-chalcone has been widely studied. TC is also anti-inflammatory and acts by reducing oxidative stress caused by various inflammatory diseases. However, there are limitations to the clinical use of TC, mainly due to its water-insoluble and thus low bioavailability. TC is a plant-based chemical, so its toxicity in the body is relatively low compared to synthetic drug molecules. However, one extremely risky aspect of TC accumulation in the body is that TC is a proestrogen. TC is metabolically activated to many other chemicals. These compounds have been shown to have estrogenic activity. Many adverse health effects may occur in mammals due to this estrogenic activity of xenobiotic compounds, such as precocious puberty in females, obesity, decreased sperm count, changes in reproductive organs and sexual behavior, and an increase in certain types of cancer. Therefore, it is very important to control the dosage of TC therapy and prevent the accumulation of TC molecules in the body. This study aimed to synthesize a new hybrid polymer based on PCL and silica particles with low crystallinity and hydrophilic character. The synthesis reaction was in situ ring-opening polymerization of ε-caprolactone catalyzed by immobilized Candida antarctica Lipase B. In this study, the free form of Candida antarctica Lipase B was immobilized on rice husk ash by physical adsorption. The specificity and stability of CALB were increased by providing enzyme immobilization. The support material on which the enzyme was immobilized was first prepared by burning rice husks in an oven at 650 °C for 6 hours. The produced RHA is a material with a high silica content, which plays a very important role in the formation of the nanohybrid system in the next steps. In order to add functional groups that will facilitate enzyme adsorption to the RHA surface, the surface was modified using four different organosilane compounds, 3-APTES, 3-APTMS, 3-GPTMS and 3-TMSPDA, before enzyme immobilization. Results from the analysis of TGA curves found that different organosilane compounds behave differently. Surface modification percentages were calculated as 1.2%, 0.8%, 3.7% and 10.1% for 3-APTES, 3-APTMS, 3-GPTMS and 3-TMSPDA, respectively. This reaction took place through the –OH groups of RHA and the methoxy or ethoxy groups of the silanization agents used, and Si-O-Si bonds were formed. After CALB immobilization on surface modified RHA, the resulting catalytic systems were used to catalyze the ROP of ε-caprolactone and to synthesize PKL-based nanohybrid systems in situ. During this reaction, short PCL chains were grafted from the free –OH groups of surface-modified RHA as well as the long, aliphatic chains of pure PCL. Therefore, it is very important to keep the surface modification at an optimum level in order to achieve PCL grafting from silica. Evidence from this analysis shows that increasing the percentage of silanization by a given amount increases the grafting efficiency. Previous studies suggest an inverse relationship between PCL chain length and the number of surface Si-OH groups. The findings of this study are in line with those of previous studies that suggested the role of silanol groups as co-initiators for the polymerization reaction resulting in a high number of growing chains. A significant decrease in the percentage of crystallinity was observed for all nanohybrid samples, which was associated with low molecular weight and inhibition of crystal formation by silica in the nanohybrids. Also increased glass transition temperature due to restricted mobility caused by grafted PCL. PCL-based nanohybrids were hydrophilic. The hydrophilic character of nanohybrids can markedly increase the bioavailability of poorly water-soluble drug molecules. The second aim of this study is to develop TC-loaded microspheres with O/W emulsion and nanospheres with interfacial polymer deposition method and to investigate the loading efficiency and in vitro release behavior.PCL-based nanohybrids synthesized in the first part of this study were used as polymeric carriers in these drug delivery systems. The result of this research showed that there are optimum microsphere formulations with 60-75% encapsulation efficiency. One of the more important findings from this study is that TC release was prolonged in a controlled manner to 22-57 days. It is an important property of our hydrophilic microspheres as it can increase the bioavailability of poorly water-soluble TC. Similar results were obtained with TC-loaded nanospheres produced by interfacial polymer deposition or nano-deposition method. Higher encapsulation efficiency (80-83%) was obtained with nanospheres. TC release from the nanosphere formulation was increased relative to the microsphere formulations; cumulative emissions reached 83-90%. The nanospheres showed pH-dependent release behavior; the acidity of the release medium increased the release. The TC release has been extended to 28 days under neutral conditions. Water contact angle measurements also revealed the hydrophilic character of the nanospheres.
-
ÖgeSu adsorpsiyon kapasitesi nispeten yüksek zeolitler ve kaplamalarının hazırlanması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-09) Dağlı, Zülfiye ; Tatlıer, Melkon ; Yücedağ Taşdelen, Çiğdem ; 506122003 ; Kimya MühendisliğiZeolitler hem doğada bulunabilen hem de sentetik olarak üretilebilen mikro gözenekli malzemelerdir. Zeolitlerin yüksek yüzey alanına sahip olması, homojen gözenek dağılımı, seçici geçirgen özellikleri, iyon değişimi yapabilmeleri, hidrofilikliği veya hidrofobikliğinin ayarlanabilmesi, birçok alanda kullanılmasına olanak sağlamaktadır. Zeolitler üstün özellikleri sayesinde petrokimyadan biyokimyaya pek çok alanda kullanılabilmektedir. Bu malzemeler, gözenekli yapıları sayesinde geniş yüzey alanına sahip olup, adsorban olarak kullanımları da yaygındır. Enerji kaynaklarındaki azalma ve fosil yakıt kullanımından kaynaklı emisyonların azaltılmasına yönelik politikalar nedeniyle, enerji ile ilgili araştırmalar çevreyle dost teknolojilere yönelmiştir. Adsorpsiyon ısı pompası hem ısıtma hem de soğutma amaçlı kullanılabildiği ve güneş enerjisi, atık ısı ve jeotermal enerjilerinden faydalanabildiği için alternatif bir enerji sistemi olarak karşımıza çıkmaktadır. Adsorpsiyon ısı pompalarının performansını etkileyen parametrelerden birisi kullanılan adsorpsiyon çiftidir. Fiziksel adsorpsiyonun etkin bir şekilde gerçekleşebilmesi için en uygun adsorban-adsorbat çiftinin kullanılması gerekmektedir. Adsorpsiyon ısı pompalarında en yaygın kullanılan adsorpsiyon çiftlerinden birisi zeolit-sudur. Zeolitlerin adsorpsiyon ısı pompalarında kullanılmasında en önemli performans göstergeleri, su adsorpsiyon kapasiteleri, hidrofilik/hidrofobiklikleri ve hidrotermal stabiliteleridir. Bu kriterler, kullanılan zeolitlerin kimyasal bileşimi, iyon tipi ve kafes yapısı ile doğrudan ilişkilidir. Bu çalışmada, adsorpsiyon ısı pompalarında kullanmak üzere, su tutma kapasitesi nispeten yüksek zeolitlerin kaplamalarının hidrotermal sentez yoluyla hazırlanması amaçlanmıştır. Bu kapsamda, EMT, FAU (X,Y) ve GIS (P) tipi zeolitler göz önüne alınmış ve doğrudan ısıtma yöntemi ile paslanmaz çelik yüzeyleri kaplanmıştır. Doğrudan ısıtma yöntemi ile sentez çözeltisi değil de doğrudan kaplanacak metal yüzeyi ısıtılmakta ve bu şekilde, oldukça metastabil olan zeolitlerde oluşabilecek faz dönüşümleri uzun süreler boyunca engellenebilmektedir. Zeolitler, adsorpsiyon ısı pompalarında toz/pelet formu yerine kaplama olarak kullanılmaları durumunda, adsorban metal teması arttırılarak ısı iletim kısıtlamaları giderilebilmekte ve kaplama kalınlığı ayarlanarak optimum kaplama kalınlığı kullanılabilmekte ve bu durumda söz konusu cihazlar için büyük bir avantaj sağlamaktadır. Karşılaştırma yapılabilmesi için geleneksel sentez yöntemi ile de zeolit kaplamaları hazırlanmıştır. Literatürdeki çalışmalar ışığında farklı sentez koşulları kullanılarak hazırlanan kaplamalar, X-ışını kırınımı (XRD), termogravimetri (TG), alan taramalı elektron mikroskopisi (FEGSEM) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) yöntemleri ile karakterize edilmiştir. XRD analizi ile zeolit kaplamalarında oluşan fazlar tanımlanmış, TG analizi ile kaplamaların su tutma kapasiteleri, kristalinite ve hidrofilik/hidrofobiklikleri belirlenmiş, FEGSEM analizi ile morfolojileri incelenmiş ve EDX analizi ile kimyasal bileşimleri belirlenmiştir. EMT zeoliti oldukça metastabil bir zeolit olduğundan geleneksel sentez yöntemleriyle organik yönlendirici kullanmadan sentezlenmesi oldukça zordur. Literatürde, organik yönlendirici kullanılarak gerçekleştirilen birçok EMT zeoliti sentez çalışması mevcuttur. Organik yönlendiricinin pahalı ve çevreye zararlı olması ve sentez sonrasında zeolit yapısından uzaklaştırılması sırasında kristal yapısında ve kaplama formunda ise stabilitesinde oluşan olumsuz değişiklikler nedeniyle, kullanılan organik yönlendirici miktarı azaltılarak veya hiç kullanılmadan EMT sentezlenmesi için bazı çalışmalar yapılmıştır. Ancak, organik yönlendirici kullanmadan pratikte işe yarayabilecek kristalin EMT zeolitinin elde edilmesinin zor olduğu görülmüştür. Bu zeolitin, kaplama olarak hazırlanması için ise kayda değer bir çalışma gerçekleştirilmemiştir. Bu tez çalışmasında ise, doğrudan ısıtma yöntemiyle, uygun sıcaklık, süre ve reaksiyon karışımı bileşimi kullanılarak, sentez sırasında oluşabilecek faz dönüşümleri olabildiğince engellenmiş ve organik yönlendirici kullanılmadan oldukça kristalin EMT (ZSM-3) zeoliti sentezlenebilmiştir. Farklı molar reaksiyon karışımı bileşimleri kullanılarak yapılan çalışmada, en kristalin EMT fazı, bileşimi 18Na2O: Al2O3: 15SiO2: 324H2O olan reaksiyon karışımı ile 160 oC ısıtıcı direnç sıcaklığı, 30 C su banyosu sıcaklığı, 24 saatlik sentez süresi kullanılması ve sonrasında sıcaklığı 50 oC'a çıkarılan su banyosunda 1 saatlik ek sentez uygulanmasıyla elde edilmiştir. Ek işlem uygulanmasıyla kristalinitede dikkate değer bir artış oluşmuştur. Bu kaplamanın nispeten düşük sıcaklıklarda su kapasitesinin oldukça yüksek olduğu görülmüştür. Ayrıca, doğrudan ısıtma yöntemi uygulandığında, kaplama kalınlıklarının geleneksel sentez yöntemine göre, 70 kata kadar artış gösterdiği görülmüştür. Fojasit (FAU) kaplamalarının sentezi için, daha önceki gözlemlere dayanarak, 42.5 Na2O: 1 Al2O3:17 SiO2: 850 H2O reaksiyon karışımı bileşimi ile çalışılmıştır. Geleneksel sentez ve doğrudan ısıtma yöntemleri kullanılarak hazırlanan kaplamaların faz analiz sonuçları incelendiğinde, genellikle, fojasit fazının baskın olduğu karışık fazlar elde edilmiştir. Geleneksel sentez ile Y tipi fojasit oluşurken, doğrudan ısıtma yöntemi kullanıldığında, X tipi fojasit elde edildiği görülmüştür. Söz konusu reaksiyon karışımı bileşimi ile de doğrudan ısıtma yöntemi uygulandığında ve belirli bir sentez koşulunda, saf ve kristalin EMT zeoliti kaplaması hazırlanabilmiştir. Bazı kaplamalarda ise, EMT zeolitinin fojasit ve farklı zeolitlerle karışık faz halinde bulunduğu tespit edilmiştir. Isıtıcı direnç sıcaklığı yükseltildiğinde, genellikle, EMT fazı kaybolmuştur. Geleneksel sentez yöntemiyle hazırlanan kaplamaların kalınlıkları 30 m'nin altında kalırken, benzer sentez şartlarında, doğrudan ısıtma yöntemi kullanıldığında, 110-150 m arasında değişmiştir. EMT fazının nispeten hidrofobik yapısı nedeniyle EMT içeren fojasit kaplamalarının, 100 oC'taki su kapasitelerinin nispeten yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Genel olarak, doğrudan ısıtma yöntemi ile hazırlanan kaplamaların 100 oC'taki su kapasitelerinin, geleneksel sentez yöntemi ile hazırlananlara göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Bu tez çalışmasında, P (GIS) zeolitinin adsorpsiyonlu ısı pompalarında kullanılabilirliğinin araştırılması için de sentez çalışmaları yapılmıştır. Geleneksel yöntemle hazırlanan kaplamaların faz analizi ve su kapasitelerinin ölçülmesi sonucunda, adsorpsiyon ısı pompalarında kullanılmaları için kapasiteleri ve hidrofobikliklerinin yeterli olmadığı sonucuna varılmıştır. Adsorpsiyonlu ısı pompaları için yüksek su kapasitesine sahip zeolitler eldesi amacıyla yapılan çalışmalarda, hazırlanan EMT ve FAU zeolit kaplamalarına Li ve Mg iyon değişimi de uygulanmış ve bazı durumlarda, düşük sıcaklık ve toplam su kapasitelerinin bu yöntemle de arttırılabileceği gösterilmiştir. Bu çalışmada, doğrudan ısıtma yöntemi kullanıldığında, EMT ve FAU tipi zeolitlerin paslanmaz çelik yüzeyler üzerinde kaplamalarının hazırlanabileceği ve uygun sentez koşulları kullanıldığında, bu malzemeler için nispeten yüksek su kapasitesi, hidrofobiklik ve kalınlık değerlerine ulaşılabileceği gösterilmiştir.
-
ÖgeYüksek bor ayırma kapasitesine sahip yeni nesil ince film nanokompozit membranlar(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-12) Kocaoğlu Kürklü, Süer ; Ersolmaz Tantekin, Şerife B ; 506162011 ; Kimya MühendisliğiDünyada artan nüfus ve sanayileşme ile ham maddelere olan ihtiyaç artmaktadır. Ayrıca küresel ısınma da kuraklık ve su kıtlığına neden olmaktadır. Özellikle su canlı hayatının devamını sağlamada önemli olduğu için araştırmacılar su konusunda ortaya çıkan kıtlığa karşı çözüm arayışı içinde bulunmaktadırlar. Dünya üzerindeki alanın %70'ini su oluştururken, bu suyun %97,5'nin tuzlu su olması canlı hayatının devamı için önem arz eden taze su eldesinde deniz suyundan yararlanmayı ön sıraya taşımıştır. Deniz suyundan su eldesinde çok kademeli flaş distilasyon (MSF), çok tesirli distilasyon (MED) ve ters ozmoz (RO) gibi çok çeşitli desalinasyon teknolojileri kullanılmaktadır. Bu teknolojilerden RO dünyada kurulu desalinasyon kapasitelerinin büyük bir kısmını oluşturmaktadır. RO teknolojisinde ince film kompozit (TFC) membranlar kullanılmaktadır. TFC membranlar polietersülfon (PES), polisülfon (PSf) gibi farklı polimerlerden yapılmış bir destek tabakasının üzerinde arayüzey polimerizasyonu ile bir seçici poliamid tabaka oluşturarak hazırlanmaktadır. Bu membranların hazırlanması iyi bilinmekle birlikte, fiziksel, kimyasal veya biyolojik kirlenme, klora dayanıklılık, düşük geçirgenlik ve düşük seçicilik gibi sorunlarla karşılaşılmaktadır. Özellikle sulu çözeltilerde küçük ve nötr halde bulunan bor bileşiklerinin ayrılmasında zorluk yaşanmaktadır. Bor tipik bir deniz suyunda 5 ppm civarında bulunurken, dünyanın bor rezervinin %70'ten fazlasının Türkiye'de olması Akdeniz ve Ege Denizi'nde diğer bölgelere göre daha fazla bor içeriğine neden olmaktadır. Borun insan vucüduna fazla alınması insan sağlığını olumsuz etkilerken sulama sularında fazla bulunması tarımsal ürünlerde zehirlenmelere neden olmaktadır. Bu nedenle, deniz suyundan içme ve sulama suyu eldesinde bor ayırma önem kazanmaktadır. Dünya Sağlık Örgütü içme suyunda 2,4 ppm, sulama suyunda 0,5 ppm bor limitlerini önermektedir. Bor, sulu çözeltilerde farklı pH değerlerinde farklı bor türevleri olarak bulunmaktadır. Yüksek pH değerlerinde yüklü ve daha büyük boyuttaki borat iyonunun oluşmasından yararlanılarak, ya da RO sistemi sonrasında iyon değiştirici, adsorsopsiyon gibi ek ünitelerle RO teknolojisi ile bor ayırma sağlanabilmektedir. Bu proseslerde çözeltilerin pH değerlerinin yükseltilmesi için kimyasallar kullanılmaktadır. Kullanılan ek kimyasallar bor ayırmayı kolaylaştırırken yüksek maliyete neden olmaktadır. Farklı teknolojilerin RO sonrasında kullanılması da sistemleri karmaşıklaştırmaktadır. Dolayısıyla istenen düzeyde bor ayrımının gerçekleştirilmesi için yüksek bor ayırma kapasitesine sahip membranların geliştirilmesi gerekmektedir. Son yıllarda farklı nanoteknoloji ve nanomalzeme sentezlerindeki gelişmelerin artmasıyla belirli özelliklere sahip nanomalzemelerden yararlanılarak TFC membranlara ek özellikler sağlanabilmektedir. İnce film kompozit (TFC) membran hazırlanmasında arayüzey polimerizasyonu sırasında seçici poliamid tabakaya farklı nanomalzemeler eklenmektedir. Silika nanoparçacıklar (NP), zeolit, karbon nanotüp (KNT), metal organik çerçeveler (MOF) bu nanomalzemelerden bazılarıdır. Bu nanomalzemelerin; tek boyutlu gözeneklerinden, ayrılmak istenen bileşene/suya karşı afinitesinden, oluşturduğu pürüzsüz su yollarından ya da mekanik dayanımlarından yararlanılarak RO membranların özelikleri iyileştirilmiş ve hazırlanan membranlar ince film nanokompozit (TFN) membranlar olarak adlandırılmıştır. Böylece, TFC membrana göre TFN membranlarda yüksek su geçirgenliği, yüksek seçicilik ya da kirlenmeye karşı dirençli olma gibi özellikler elde edilmiştir. Bu çalışmada, TFN membran yaklaşımı kullanılarak membranların bor seçiciliğin artırılması hedeflenmiştir. Borun suya göre daha fazla tercih edilmesi, sterik ya da elektrostatik etkiler ile borun membrandan geçişinin azaltılması için üç farklı nanomalzeme kullanılmıştır. Tek gözenek boyutuna sahip olması ve pürüzsüz bir şekilde su akışına izin vermesi nedeniyle su geçirgenliğini artıran KNT'ler, su tutuculuğu yüksek olan zeolitler ve bor giderme kapasitesi yüksek olan metal organik kafes yapılardan ZIF-67, TFN membran yapımı için seçilmiştir. KNT'lerin gözeneklerinin daraltılması ve bora karşı afinitesini değiştirmek için KNT'lerin uç kısımları bor seçiciliği yüksek fonksiyonel gruplarla fonksiyonelleştirilmiştir. TFC membranlarda poliamid tabaka oluşumu için m-fenilendiamin ve trimesoylklorür monomerleri kullanılmış, polisülfon ultrafiltrasyon membranları üzerine arayüzey polimerizasyonu yapılmıştır. TFN membranlar için ise KNT'ler vakum filtrasyon sistemi ile destek membran üzerine yerleştirilip, KNT hizalanmış destek membran üzerine arayüzey polimerizasyonu gerçekleştirilmiştir. Zeolit ve ZIF-67 katkılı TFN membranlarda ise nanomalzemeler monomer çözeltilerinden birine katılarak ya da destek membran üzerinde yerinde (in-situ) sentezlenmiş ve sonrasında polimerizasyon gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan tüm membranlar, yapısal ve morfolojik olarak incelenmiş, membran ayırma performansları ölçülmüştür. Membranların yapısal analizi FTIR ve XPS kulanılarak yapılırken, morfolojik özellikleri SEM, AFM ve temas açısı analiz yöntemleri ile belirlenmiştir. Membran performansları literatürde sıklıkla kullanılan acı su (brackish water) test koşulları kullanılarak yapılmıştır. 2000 ppm NaCl ve 5 ppm bor içeren besleme çözeltisi 0,37 m/s sabit akış hızı ile 15,5 bar basınç altında çapraz akışlı RO sisteminde test edilmiştir. Membranlardaki nanomalzemelerin kararlılığı da uzun sürelerde yapılan statik ve dinamik testlerle belirlenmiştir. Optimum koşullarda hazırlanan TFN membranlar %95 ve üzeri tuz giderimi ve literatürdeki çalışmalara yakın değerde saf su geçirgenliği değerlerine ulaşmıştır. Membranların bor giderim performansları TFC membranlara göre daha yüksek değerlerde olup, saf su akıları ZIF-67 katkılı TFN membranda TFC membrana göre üç kat artmıştır. Bu ZIF-67 katkılı TFN membran 9,8 LMH saf su geçirgenliğine, pH 9,5 değerinde %99,1 tuz giderimine ve %82 bor giderimine ulaşmıştır. Bor giderimi TFC membrana göre %24 iyileştirilmiştir. Sonuç olarak, bu tez kapsamında ilk defa KNT katkılı TFN membranlarda bor giderimi performansları değerlendirilmiştir. Ayrıca, TFN membran hazırlanma yöntemi, nanomalzeme çeşidi ve fonksiyonel grup seçiminin membran bor ayırma performansına etkisinin önemi gösterilmiştir.