LEE- Kimya Mühendisliği-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 14
-
Öge5-fluorourasil için polimer/biyoseramik ve grafen oksit içerikli ilaç taşıyıcı malzeme üretimi ve kinetik çalışmaları(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-05-04)İnsan yaşamı için ciddi bir tehdit oluşturan kanser, dünya çapında önde gelen ölüm nedenlerinden biri olmaya devam etmektedir. Dünya Sağlık Örgütü (WHO) tarafından kanserin 183 ülkenin 112'sinde 70 yaş öncesi için birinci veya ikinci ana ölüm faktörü olduğu tahmin edilmektedir. Kanser tedavisi sürecinde karşılaşılan en önemli zorluklardan birisi, uygulanan yüksek toksisiteye sahip ilaçların vücut içerisinde ani ve kontrolsüz salımının, kanser hücreleri dışındaki sağlıklı dokuları da etkileyerek yorgunluk, ateş, saç dökülmesi, deri döküntüsü ve mide bulantısı gibi istenmeyen yan etkilere yol açabilmesidir. Bununla birlikte, biyolojik ortamla ilaç arasında meydana gelen etkileşimler, aktivite ve terapötik etki kaybına neden olarak tedavinin etkinliğini azaltabilmektedir. Bu nedenle, ilaçları uygun terapötik seviyede tutarak yan etkileri azaltmak ve dış etkenlerden koruyarak tedavinin etkinliğini arttırmak amacı ile tasarlanan ilaç taşıyıcı sistem çalışmaları önem taşımaktadır. 5-Fluorourasil (5-FU) ilacı, günümüzde kolon kanseri başta olmak üzere, rektum, göğüs, yumurtalık, pankreas, mide, beyin ve cilt kanseri gibi pek çok kanser türünün tedavisinde yaygın olarak kullanılan bir anti kanser ajanıdır. Bu ilaç, C(Karbon)-5 pozisyonunda hidrojen atomu yerine flor atomu bulunan bir urasil primidini analoğu türüdür. Anti kanser etkinliği oldukça üstün olmasına rağmen, kan plazmasında yarılanma süresi oldukça kısa olan (8-20 dakika) ve kanserli hücreler tarafından seçiciliği olmayan 5-FU ilacı sağlıklı hücreleri de etkileyerek istenmeyen yan etkilere ve tedavi veriminin düşmesine sebep olabilmektedir. Bununla birlikte, düşük molekül ağırlığı ve hidrofilik karakteri, 5-FU ilacının ilaç taşıyıcı sistemlere yüklenme kapasitesinin düşük olmasına neden olmakta ve kontrollü bir salımın sağlanmasına engel oluşturmaktadır. Bu nedenlerden dolayı, 5-FU'nun vücut içerisinde dolaşım süresini arttırabilecek ilaç taşıyıcı malzemelerin geliştirilmesi önem taşımaktadır. Grafen oksit (GO), grafenin oksidasyonu ile elde edilen ve oksijen içeren fonksiyonel gruplara sahip iki boyutlu bir grafen türevidir. Grafene benzer şekilde katmanlı bir yapıya sahip olan grafen oksit; epoksi, hidroksil, karbonil ve karboksilik gruplar gibi oksijen içerikli fonksiyonel gruplar bulundurmaktadır. Bu grupların varlığı, grafen oksite hidrofilik bir karakter kazandırmakta ve biyolojik ortamda çözünürlüğünü arttırarak biyouyumluğunu iyileştirmektedir. Yüksek spesifik yüzey alanı ile birlikte - etkileşimi ve hidrojen bağı oluşumuyla ilaç molekülleri ile etkileşeme geçebilme kapasitesi, grafen oksitin ilaç yükleme ve salım çalışmalarında tercih edilen bir malzeme olarak ortaya çıkmasına neden olmuştur. Bununla birlikte, grafen oksitin vücut içerisinde yalnız başına uygulanması durumunda hücre canlılığında düşüşe sebep olabileceği raporlanmış olup, biyouyumluluğunu iyileştirmek ve mümkün olabilecek toksik etkileri azaltmak için farklı biyomalzemeler ile birlikte fonksiyonelleştirilerek kullanımı tercih edilmektedir. Hidroksiapatit (HAp, Ca10(PO4)6(OH)2), insan vücudu içerisinde diş ve kemik yapısında bulunan, biyoseramik yapılı kalsiyum fosfat bir malzemedir. Biyoaktif, biyouyumlu, yavaş bozunan, osteokondüktif ve osteoindüktif yapısı nedeni ile diş hekimliği, kemik doku mühendisliği alanları başta olmak üzere, ilaç taşıyıcı sistemler ve hücre görüntüleme gibi biyomedikal alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Nanoboyutlu hidroksiapatit parçacıklarının farklı kanser hücreleri üzerinde büyümeyi önleyici etki gösterebilmesi nedeni ile, hidroksiapatit içeren kompozit malzemeler kanser ilaçları için geliştirilen ilaç taşıyıcı sistemlerde tercih edilebilmektedir. Bununla birlikte, sert ve kırılgan bir yapıya sebep olmasından kaynaklanan mekanik dezavantajları, hidroksiapatitin tek başına klinik uygulamalarda kullanımını kısıtlayabilmektedir. Ek olarak, yalnızca hidroksiapatitin taşıyıcı malzeme olarak kullanıldığı ilaç salım çalışmalarında yüksek ilk ani salım oranları görülmüştür. Bu nedenlerle, mekanik özellikleri ve kontrollü salımı iyileştirebilecek çeşitli malzemelerin katkısı ile kompozit halinde kullanımı tercih edilmektedir. Jelatin (GEL), kollajenin kısmi hidrolizi ile elde edilen doğal bir polimerdir. Asidik veya bazik prosesler ile elde edilme şekline göre sırası ile A ve B tipi olarak sınıflandırılmakta olup; hayvan derisi, kemik, kıkırdak ve bağ dokusundan elde edilebilmektedir. Düşük immünojenikliği, toksik olmaması, biyouyumluluğu, biyolojik bozunabilirliği ve düşük maliyeti nedeniyle, biyomedikal alanda yaygın olarak kullanılan doğal polimerlerden biri olarak ortaya çıkmıştır. Poliüretan (PU), termoplastik ve termoset polimer sınıfında yer alan, üretimi ve kullanım alanı açısından pek çok çeşidi bulunan bir polimerdir. Yapısal olarak yumuşak parça ve sert parça olmak üzere iki farklı şekilde sınıflandırılan bloklardan oluşan poliüretanlar, moleküler düzeydeki bu parçalı yapıları nedeni ile elastiklik, aşınma dayanımı, kimyasal stabilite ve işlenebilirlik gibi avantajlı özellikler barınıdırmaktadır. Esneklik ve mekanik dayanımın birlikte sağlanabilmesi, poliüretanların medikal alanda kullanımı avantajlı bir malzeme olarak öne çıkmasına neden olmuştur. Bununla birlikte, biyouyumlu ve pH değişimine duyarlı özellik göstermeleri nedeni ile, kontrollü ilaç salım sistemi çalışmalarında kullanımı tercih edilen malzemeler arasında yer almaktadırlar. Yapılan çalışmanın amacı; 5-FU kanser ilacının in vitro ortamda kontrollü salımını sağlayabilecek polimer/biyoseramik ve grafen oksit içerikli ilaç taşıyıcı malzemelerin geliştirilmesi, bu malzemelerin ilaç yükleme ve salım performanslarının araştırılması, deneysel tasarım ve kinetik modelleme çalışmaları ile optimizasyonun yapılmasıdır. Polimer malzemeler olarak jelatin ve poliüretan seçilirken, biyoseramik malzeme olarak hidroksiapatit tercih edilmiştir. İlk olarak, değişen jelatin konsantrasyonları içeren grafen oksit/jelatin (GO/GEL) kompozitleri üretilmiş ve bu kompozitlere adsorpsiyon yolu ile 5-FU ilacı yüklenmiştir. Deneysel tasarım çalışmaları sonucunda, düşük jelatin konsantrasyonu ve pH 8 değerinde 5-FU adsorpsiyonun maksimum olduğu görülmüştür. Adsorpsiyon izotermi çalışmaları sonucunda, 5-FU adsorpsiyonu için en uygun modelin Freundlich modeli olduğu görülmüştür. In vitro salım çalışmaları sonucunda, düşük jelatin konsantrasyonlarında birinci derece kinetik modele ve yüksek jelatin konsantrasyonlarında Higuchi kinetik modeline uygunluk görülmüştür. MCF-7 göğüs kanseri hücre hattına karşılık yapılan MTT testinde 5-FU yüklü GO/GEL kompoziti %22.8'lik bir hücre canlılığı göstermiş, 5-FU ilacının salımını ve etkisini doğrulamıştır. L-929 fibroblast hücre hattına karşılık yapılan MTT testi sonucu,15 μg/ml 5-FU yüklü GO/GEL konsantrasyonlarına kadar %80 hücre canlılığı elde edilmiş ve kompozitlerin biyouyumluluğu doğrulanmıştır. İkinci aşamada, değişen grafen oksit (GO) miktarları içeren grafen oksit/hidroksiapatit (GO/HAp) kompozitleri üretilmiş ve adsorpsiyon yolu ile 5-FU ilacı yüklenmiştir. Deneysel tasarım çalışmaları sonucunda, düşük pH (pH 2) ve düşük başlangıç 5-FU konsantrasyonlarında 5-FU adsorpsiyonu oranının maksimum olduğu görülürken, grafen oksitin hafif bir artışa sebep olduğu görülmüştür. 5-FU adsorpsiyonu için en uygun modelin Freundlich modeli olduğu görülmüş ve maksimum adsorpsiyon kapasitesi (Qm) pH 2.0 koşullarında 36.9 mg/g olarak hesaplanmıştır. In vitro salım çalışmalarında, pH 7.4 koşullarında tüm GO oranlarında salımın sıfır derece kinetik modele uygunluk görülürken, düşük pH değerlerinde ise Higuchi kinetik modele uyum görülmüştür. Üçüncü aşamada, GO/HAp kompozitlerinin 5-FU ilacı için adsorpsiyon yüzdesini iyileştirmek amacı ile, aminlenmiş grafen oksit üretimi yapılmıştır. Aminlenmiş grafen oksit/hidroksiapatit (GO-NH2/HAp) kompoziti sentezlenmiştir ve adsorpsiyon yolu ile 5-FU ilacı yüklenmiştir. GO/HAp kompoziti ile benzer şekilde, GO-NH2/HAp için yüksek GO-NH2, düşük pH ( pH 2) ve düşük başlangıç 5-FU konsantrasyonlarında en yüksek 5-FU adsorpsiyon oranı görülmüştür. Grafen oksitin aminlenmesi işlemi sonrası maksimum adsorplanan ilaç oranında %9.7'lik bir artış belirlenmiştir. 5-FU adsorpsiyonu için en uygun modelin Freundlich modeli olduğu görülmüş ve maksimum adsorpsiyon kapasitesi (Qm) pH 2.0 koşullarında 21.2 mg/g olarak hesaplanmıştır. In vitro salım çalışmalarında, tüm pH koşullarında 5-FU salımı sıfır derece kinetik modele uygunluk göstermiştir. Son aşamada, grafen oksit/poliüretan (GO/PU) kompozit film üretimi yapılmıştır. Poliüretan üretimi aşamasında, biyouyumlu ve ekonomik bir alternatif olan ayçiçek yağı ve hint yağı hidroksil kaynağı olarak kullanılmıştır. 5-FU yükleme işlemi, üretimi aşamasında 5-FU ilacının enkapsülasyonu ile gerçekleştirilmiştir. Deneysel tasarım çalışmaları sonucunda, 5-FU'nun GO/PU kompoziti içerisinden salım yüzdesinin, yüksek pH (pH 10), yüksek GO miktarı ve düşük başlangıç 5-FU konsantrasyonlarında arttığı görülmüştür. Kompozitlerde pH'a duyarlı ilaç salımı gerçekleştiği görülmekle birlikte, yüksek GO içeren kompozit için tüm pH koşullarında, Higuchi kinetik modeline uygunluk sağlanmıştır. Azalan GO miktarlarında ise, salım profilinin sıfır derece kinetik modele uyum gösterdiği belirlenmiştir. Bu tezin bulguları, sentezlenen GO/GEL, GO/HAP, GO-NH2/HAp ve GO/PU malzemelerinin 5-FU kanser ilacı için kontrollü salımı sağlayabilecek biyoyumlu ve ekonomik ilaç taşıyıcı malzemeler olarak potansiyele sahip olduğunu göstermiştir.
-
ÖgeSynthesis of conjugated polymers through light- induced step-growth polymerization(Graduate School, 2023-03-22)Conjugated conducting polymers have attracted a great deal of attention since their discovery 50 years ago because of their distinctive conductive properties and potential uses in fuel cells, actuators, adhesives, and electronic components like organic field- effect inverters, photovoltaic panels, and light-emitting devices. In recent years, these materials have been very important in making people's living spaces more comfortable. As a result, it is critical to create unique, high-performance conjugated conductive materials. Electropolymerization, oxidative polymerization, and coupling processes are some of the most statistically significant xxiolüene synthesis of these polymers (e.g., Suzuki and Yamamoto). Polymers with distinct morphologies and, therefore, diverse physical and chemical characteristics can be produced based on the synthetic process employed. Additionally, they can be blended with other synthetic polymers to enhance their processability and characteristics. Photopolymerization is a fast-growing method due to its many benefits. For example, it is solvent-free, energy-efficient, and appropriate for heat-sensitive materials. In addition, photopolymerization only proceeds in the lighted region, resulting in both temporal and spatial resolutions that are complete. These advantages make it possible to produce films and intricate three-dimensional objects for industries including protective coating, adhesive, automotive, microcircuit, and semiconductor. High spatial resolution and a wide variety of potential uses are provided by the use of photosensitive resins in cost and easy additive manufacturing methods. By exposing photosensitive compounds, particularly photoinitiators, to ultraviolet or visible light, a chain reaction is initiated that transforms a monomer into a polymer.. Unlike traditional chain polymerizations, photoinduced step-growth polymerizations do not need the use of an initiator. When two monomers with different functions react at equal molar concentrations, a difunctional polymer is formed. During the first stages of polymerization, just a single reaction mechanism is at work, and the total increase in molecular weight is slow. In contrast to a chain-growth process, the phases of initiation, propagation, and termination are thus omitted. In the first part of the thesis, we provide a novel, easy photochemical method for step- growth polymerization xxiolüene synthesis of polypyrene (PPy). PPy synthesis using the photo-induced polymerization technique in the presence of iodonium salt (DPI) was carried out with low cost and high efficiency. A thorough examination of the structural, morphological, electrochemical, and molecular weight features of the polymers indicated that the DPI/Py ratio has a significant impact on the chain length and on the efficiency of electropolymerization. This technique is very applicable to functional pyrenes and other conjugated monomers. In the second part of the thesis, we describe the manufacture of microspherical conjugated polymer structures based on carbazole, an essential material for OLED, OPV, and electronic circular dichroism applications. A novel photochemical method xxiiolüene metal-free synthesis of a hollow spherical conjugated polymer is presented. CBP, which contains both carbazole and biphenyl units, was polymerized at 350 nm in the presence of iodonium salt (Ph2I+PF6-), and the resulting polymers were studied. The dedoping method resulted in the transformation of self-assembled microspheres with a great distance into more homogeneous spherical structures, according to atomic force microscopy (AFM) and transmittance electron microscopy (TEM) analyses. In the last part of the thesis, xxiiolüene synthesis of 9-(4-vinylphenyl) carbazole-based polymers, we disclosed a completely photochemical synthetic strategy that involves the sequential and simultaneous combination of free radical and step-growth polymerization processes. As a result of diminishing crystallinity in the sequential technique, the resultant polymers have a smooth surface. The following photoinitiated step-growth polymerization of the carbazole groups using diphenyliodonium hexafluorophosphate (DPI) resulted in highly branching and cross-linked polymers with microspheres on the surface, as seen by TEM examination. Simultaneous photoinitiated free radical and step-growth polymerizations utilizing DPI produced cross-linked polymers with scattered distribution in the one-pot method.
-
ÖgeProduction and characterization of antibacterial glass and glass ceramic materials(Graduate School, 2023-02-08)Glass and glass ceramic materials are very important materials in human life, such as kitchen utensils, windows and automobile glass, and their importance has been increasing day by day. the consumption of glass and glass ceramics has been also increasing with the increase in the population of the world. The efforts to add antibacterial properties to many industrial products to protect them from disease-causing microorganisms such as bacteria mold, virus, etc. have increased greatly and scientists have been developing new methods to overcome this threat. There are many ways to struggle with bacteria and viruses. The addition of ions with antibacterial properties in order to prevent the growth of bacteria is one of these solutions. Some metal ions, such as silver, zinc, strontium, and copper, have a function for fighting bacteria and inactivating the proteins of these bacteria's enzymes. For this reason, it is important to add such ions to the glass and glass ceramic in order to gain them antibacterial properties. Today, antibacterial properties of glass materials are gained by using coating with sol-gel or ion exchange methods. Within the scope of this doctoral thesis, it was aimed to develop antibacterial glass and glass ceramic materials by using classical melting method, without the need for sol-gel and ion exchange methods. This method is an easy and economic way. Antibacterial glasses produced by this method can be an alternative with superior qualities and lower costs than those of produced by sol-gel and ion exchange methods in todays' technology. The requirement for high purity raw materials in the sol-gel method makes mass production costly. The chemicals to be used while creating the sol-gel are expensive and have no alternative raw materials. Compared to conventional melting, long cycle times and additional unit investments are required in the sol-gel method. During annealing, coating is made by spraying method and homogeneous coating cannot be achieved on the inner surface of the glass due to the inability to spray properly. Over time, due to the peeling of the coating, its antibacterial property is lost, and it becomes harmful for human health as the decomposed chemicals pass into the product. However, antibacterial glasses obtained by melting metal ions such as silver, zinc, copper and strontium, which provide antibacterial properties, eliminate the disadvantages of peeling. Within the scope of the study, silver, zinc, copper and strontium were selected as antibacterial agents and added to the soda lime and borosilicate glass batches in different amounts in oxide form. Glasses were obtained by using classical melting method at the suitable temperatures for each glass type. First of all, antibacterial activity tests, which is the main subject of the study, were performed. Afterwards, studies were continued with compositions that are suitable for antibacterial properties and can provide more advantages in terms of raw material costs. Secondly, ion release tests of these antibacterial ions, which can be harmful for human health at high amounts, were carried out. Afterwards, structural analyzes and some tests were carried out on the obtained samples to determine the optical, physical and mechanical properties of these glasses by using different techniques. Finally, detailed melting performances of these glass compositions were examined with a high-temperature monitoring system in order to demonstrate the manufacturability of these glass compositions. In addition, the crystallization temperature of antibacterial borosilicate glass was determined by the "Differential Thermal Analysis" method and its forming potential to glass ceramic structure was investigated. Crystal structures were determined by using XRD and Scanning Electron Microscopy (SEM) analyzes. Furthermore, antibacterial activity, ion release, optical, physical and mechanical properties of the obtained samples were also determined. As a result, antibacterial glass products doped with silver oxide and zinc oxide were provided to the soda lime glass industry. Besides household items, borosilicate glasses are frequently used in pharmaceutical packaging, especially vaccine vials, due to their inertness and chemical resistance. The need for borosilicate glass has also increased for vaccines developed as a solution to the Covid-19 pandemic, which has affected the whole world from the beginning of 2020 and whose effects are still continuing today and adding antibacterial properties to borosilicate glasses used in the health field is an important output of the Ph.D. study. Also, this study will enable the production of antibacterial glass and glass ceramic products without requiring any extra cost and without the need to change the production parameters and furnace design. Thus, it seen foreseen that a significant contribution can be made to Turkey's economy.
-
ÖgeAltlığın temassız ısıtılması yöntemi ile geniş yüzeylerde zeolit kaplamaların hazırlanması ve karakterizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-16)Zeolitler, moleküler boyutta gözenek ve/veya kanallar içeren, kristal yapılı, sulu alüminosilikat mineralleridir. Doğada bulunabilen çeşitlerinden sayıca çok daha fazlası laboratuvarlarda sentetik olarak da üretilebilmektedir. Moleküler elek özellikleri, geniş yüzey alanları, yüksek boşluk hacimleri ve sulu çözeltilerde değiştirilebilen, kafes yapısına katılmamış iyonlara sahip olmaları gibi nedenlerle, zeolitler endüstride adsorban, katalizör ve iyon değiştirici olarak çeşitli uygulamalarda sıkça tercih edilmektedirler. Zeolit kaplamalar, zeolit kristallerinin bir yüzeye kimyasal ve/veya fiziksel bağ ile bağlanmasıyla oluşan kompozit malzemelerdir. Zeolitlerin kaplama formunda kullanılmaları, toz ve pelet formunda kullanımlarına kıyasla, çeşitli uygulamalarda daha iyi ısı ve kütle iletimi sağladığı için tercih edilmektedir. Çeşitli membran ayırma ve algılama (sensing) uygulamalarındaki potansiyel kullanımları açısından da giderek önem kazanmakta olan zeolit kaplamalar, zeolit sentezi sonrasında kristallerin bir bağlayıcı ya da fiziksel bağ ile altlık yüzeyine tutunmasıyla hazırlanabildiği gibi, zeolitlerin doğrudan altlık üzerinde kristalizasyonu ile de üretilebilmektedir. Zeolit sentezi sonrasına dayanan yöntemlerde, bağlayıcı kullanıldığı durumda yüksek kalınlığa sahip kaplamalar elde edilmesine karşın, kaplamaların yeterince yüksek ısı iletim ve difüzyon katsayısına sahip olmamaları, bağlayıcının adsorpsiyon kapasitesini ve ölü ağırlık yaratarak verimi düşürmesi gibi sorunlarla karşılaşılmaktadır. Zeolitin doğrudan altlık yüzeyinde kristalizasyonu ile elde edilen kaplamalar kullanıldığında ısı ve kütle iletiminin iyileştirilebildiği görülmüştür. Ancak bu yöntemlerin de, kaplamaların sentezi sırasında çözelti içinde kristalizasyon gerçekleşmesi nedeniyle kaplama kalınlığının düşük olması, uzun sentez sürelerinde faz transformasyonu görülmesi gibi dezavantajları vardır. Literatürde önceki çalışmalarda altlığın daha yüksek sıcaklıklarda, sentez çözeltisinin ise daha düşük sıcaklıklarda tutulduğu, altlığın ısıtılması yoluyla kaplama yöntemi kullanılarak sözü geçen dezavantajların azaltıldığı görülmüştür. Bu tezde yeni geliştirilmiş olan indüksiyon yöntemi kullanılarak altlığın uzaktan, temassız ısıtılması yoluyla geniş yüzeylerde nem tutma uygulamaları için yeterince kalın, kristalin ve dayanıklı zeolit kaplamaların hazırlanması amaçlanmıştır. Elde edilen kaplamalar TGA, XRD ve SEM yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Zeolit kaplamaların hazırlanabilmesi için ana parçaları indüksiyon ısıtıcı, reaktör, pompa ve ısı değiştirici olan bir sistem kurulmuştur. Öncelikle, önerilen yöntemin altlığın sentez çözeltisi içine daldırılmasına dayanan geleneksel kaplama yöntemi ile farkı araştırılmıştır. Geleneksel kaplama yöntemi ile geniş yüzeylerde elde edilen kaplamaların kristalin olmasına karşın, düşük kalınlığa, homojenliğe ve dayanıklılığa sahip olduğu görülmüştür. İndüksiyon ısıtma yöntemi ile 2 saat gibi kısa sentez süresinde dahi, geleneksel yöntemde 48 saatte hazırlanan kaplamanın 1,5 katı kalınlıkta kaplama elde edilmiştir. Ayrıca kaplamanın yüksek kristaliniteye ve homojenliğe sahip olduğu görülmüştür. İndüksiyon ısıtma yönteminin, altlığın ve çözeltinin hızlı ısıtılması, çözelti içindeki kristalizasyonun baskılanması gibi nedenlerle kaplama birikme ve kristalizasyon hızında önemli avantajlar sağladığı görülmüştür. Deneysel çalışmanın bir sonraki aşamasında, kaplamaların kristalinitelerinin, kalınlıklarının, homojenliklerinin ve içerdikleri fazların reaktör giriş-çıkış sıcaklıkları ve bu sıcaklıklar arasındaki fark ile değişimi incelenmiştir. Bu amaçla indüksiyon gücü, kreostat sıcaklığı ve sirkülasyon debisi değerleri kontrol edilerek, farklı sentez sıcaklık ve sürelerinde deneyler yapılmıştır. Deneysel parametrelere bağlı olarak değişen bir başka önemli parametre olan altlık yüzey sıcaklığının kaplama özellikleri ile ilişkisi de izlenmiştir. Seçilen deney koşulları aralığında, reaktör giriş-çıkış sıcaklıkları arasındaki fark sabit tutularak sıcaklıklar arttırıldığında kaplama kalınlığının ve kristalizasyon hızının arttığı görülmüştür. Öte yandan, sıcaklıklar arttığında, sentez süresi arttıkça sınırlayıcı reaktan miktarının azalmasına bağlı olarak kristalizasyon hızının amorf madde birikme hızının gerisinde kaldığı ve faz transformasyonlarının başladığı görülmüştür. Bu nedenle de kristalinite zamanla azalmıştır. Reaktör giriş-çıkış sıcaklıkları arasındaki fark giriş sıcaklığı arttırılarak düşürüldüğünde kaplama kalınlığı azalırken kristalitenin arttığı ve faz transformasyonlarının ötelendiği gözlenmiştir. İndüksiyon ısıtma yöntemi ile elde edilen kaplamaların ısıl ve mekanik dayanımları ile desorpsiyon kinetiklerini incelemek adına tekrarlı sentezler ile elek, boru ve boru üstü elek altlıklar üzerinde kütlece eşdeğer kalınlıkları 1,2 mm'ye ulaşan ve esas olarak NaX'ten oluşan kaplamalar hazırlanmıştır. Dayanıklılığı arttırmak için sentez sonrasında kaplamalar polimer ile kaplanmıştır. Çift katlı elek ve boru üstüne kaynatılmış çift katlı elek altlıklar üzerinde hazırlanan kaplamaların ısıl ve mekanik dayanımlarının yüksek olduğu, boru altlıklar üzerinde elde edilen kaplamaların ise ısıl test sırasında döküldüğü görülmüştür. Altlıklarda elek kullanımının kaplama dayanıklılığını arttırdığı gözlenmiştir. SEM görüntüleri, kristallerin tellerin üzerinde sıkı şekilde büyüdüğünü ve tel açıklıklarının zeolit kaplamasının yoğun bir tabaka şeklinde değil, açık ve süngerimsi bir yapıda büyümesine yardımcı olduğunu göstermiştir. Metal elekler üzerindeki kaplamaların desorpsiyon kinetiklerinin, benzer metal eleklerden yapılmış petri kabı içindeki toz zeolit örneği ile karşılaştırıldığı durumda, ilk 5 dakikada 3 kat, ilk 10 dakikada 2,5 kat daha yüksek olduğu görülmüştür. Önerilen kaplama yönteminin tekrarlanabilirliği incelendiğinde, kaplama kalınlıklarının ortalamadan en fazla %5,3 gibi düşük bir sapma ile üretilebildiği görülmüştür. Ek olarak üretilen kaplamaların desorpsiyon kinetiklerinin de neredeyse aynı olduğu gözlenmiştir. Ayrıca kurulan sistemin parametreleri dar aralıklarda rahatlıkla kontrol edilebilmiştir. Artan sentez süresinde sınırlayıcı reaktan konsantrasyonunun azalması nedeniyle kaplama oluşum hızının düştüğü görüldüğünden, sistemde dolaşan çözelti hacmi artırılarak tek sentez adımında elde edilen kaplama miktarının artırılmasına çalışılmıştır. Çözelti hacminin etkisini araştırmak için kreostat ve reaktör giriş-çıkışı arasındaki boru hatları uzatılarak sistem hacmi arttırılmıştır. Bu bölüme kadar yapılan deneylerde kullanılan çözelti hacminin %25 ve %50 fazlasının kullanıldığı deneyler gerçekleştirilmiştir. Çözelti hacmi %25 arttırıldığında kaplama kalınlığının arttığı, %50 arttırıldığında ise %25 artışa kıyasla azaldığı görülmüştür. Bu duruma, çözelti hacmi %50 arttırıldığında, çözelti içinde ve boru yüzeylerinde oldukça fazla katı oluşması sonucunda kaplama veriminin düşmesi neden olmuştur. Önceki çalışmalarda boru hattındaki çizgisel hızın daha az olduğu durumlarda, çözelti içinde ve boru yüzeyinde katı oluşumunun azaldığı görüldüğü için, boru hattındaki hızın azaltılması hedeflenmiştir. Bu nedenle reaktör çıkışından kreostata kadar olan, kreostatın içindeki ve kreostat çıkışından tekrar reaktöre dönen hatlar birbirine eş, iki paralel hat olarak bağlanmıştır. Boru hattının paralel olarak bağlanmasıyla,çözeltide ve boru yüzeyinde katı oluşumu engellenebilmiştir. Çözelti hacminin %50 arttırıldığı (paralel hat ile) durumda, %25 artış ile elde edilen kaplamaya yakın kalınlıkta kaplama elde edildiği, kaplama oluşma hızının bir maksimuma ulaştığı ve sınırlayıcı reaktan miktarının hızı belirleyen adım olmaktan çıktığı görülmüştür. Tek bir sentez adımında elde edilen kaplama miktarını ve kaplamanın tuttuğu toplam nem miktarını arttırabilmek adına, kaplama hazırlamaya uygun berrak sentez çözelti bileşimleri araştırılmıştır. Bu amaçla farklı SiO2/Al2O3, H2O/Na2O ve H2O/SiO2 oranlarına sahip sentez bileşimleri ile geleneksel toz sentez deneyleri yapılmıştır. Elde edilen tozların kristaliniteleri, fazları ve toplam nem tutma kapasiteleri incelenmiştir. Bileşimlerin jelleşme eğilimleri ve elde edilen ürünlerin toplam nem kapasitesileri göz önüne alınarak, kaplama deneyinde kullanılabilecek yeni bir bileşim seçilmiştir. Seçilen deney koşulunda, yeni bileşimin kaplama kalınlığını yaklaşık 3 katına çıkardığı görümüştür. Yeni bileşimle, bu deneyden elde edilen kaplama kalınlığının ve kristalinitenin arttırılması adına, denenen parametrelerden elde edilen en iyi sonuçların koşulları kullanılarak bir deney daha yapılmış ve bu amaca ulaşılmıştır. Elde edilen kaplama kalınlığının, çözelti hacminin etkisinin incelendiği deneylerde ölçülmüş en yüksek kalınlığa çok yakın olduğu görülmüştür. Kaplama kalınlığının daha fazla artmaması, sınırlayıcı reaktan miktarının hız belirleyici adım olmaktan çıkması, kaplama oluşma hızını, öncül madde ve reaktanların kalınlaşan kaplama içindeki kütle iletiminin belirlemeye başlaması ile ilişkilendirilmiştir. Sonuç olarak bu çalışmada, indüksiyon ısıtma ile kaplama yöntemi kullanılarak, tek bir sentez adımı ile 400 µm kalınlığa yaklaşan, yüksek kristalinitede ve homojenlikte kaplamalar elde edilmiştir. Ayrıca tekrarlı sentezler ile bu kalınlığın çok daha fazla artırılabileceği de gösterilmiştir. Elde edilen kaplamaların ısıl ve mekanik dayanımlarının oldukça yüksek olduğu ve desorpsiyon kinetiklerinin toz ile pelet formundaki zeolitlere kıyasla çok yüksek olduğu görülmüştür.
-
ÖgeYüksek bor ayırma kapasitesine sahip yeni nesil ince film nanokompozit membranlar(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-12)Dünyada 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.