Montmorillonitin farklı katyonlarla modifiye edilmesi ve nanoorganokil sentezi ile antibakteriyel özelliklerinin incelenmesi
Modification of montmorillonite with different cations and investigation of its antibacterial properties by nanoorganochil synthesis
Yazar: SÜMEYRA ZAHİDE ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. FATİH ÇALIŞKAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT TUNA
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Küresel olarak yaşanan pandemi başta olmak üzere, karşılaşılan çeşitli sağlık problemleri nedeniyle, antimikrobiyal malzeme uygulamalarına olan rağbet artmaktadır. Bundan dolayı istenilen özelliklerde en yüksek seviyeye ulaşmak için benzersiz özelliklere sahip olan nano malzeme teknolojisi çalışmalarından faydalanılmaktadır. Killerin, organokil olarak hazırlanması için katyonik maddelerle modifiye edilmesiyle, kil tabakalarının kolayca ayrılması sağlanabildiğinden son zamanlarda artan şekilde ilgi görmektedir. 
Bu tez çalışmasında, sodyum montmorillonit alkali iyon değiştirme yöntemi ile modifiye edilerek organokil hazırlanmış ve elde edilen prekürsör maddeler üzerinden karakterizasyon çalışmaları ve antibakteriyel analizleri gerçekleştirilmiştir. Montmorillonite farklı kaynaklarla nana boyutta katyon ilavesi için çinko nitrat hegzahidrat (Zn(NO_3 )⋅6H_2 O), çinko sülfat heptahidrat (Zn(SO_4 )⋅7H_2 O), bakır sülfat pentahidrat (Cu(SO_4 )⋅5H_2 O), Cu(SAE)_2ve Zn(SAE)_2 Schiff bazı kullanılmış, iyon değişim reaksiyonu ile sol-jel yön¬temi üzerine bir proses kurgulanmıştır. Farklı oranlardaki katyonlar, soljel yöntemiyle sod¬yum montmorillonit solüsyon halinde iken 65 oC sıcaklık altında ilave edilmiştir. Sol-jel yönteminin avantajından yararlanılarak tabakalı yapıya sahip olan sodyum montmorillonitin tabakaları açılarak, tabakalar arasına çinko ve bakır iyonu ikame ettirilmiştir. Elde edilen solüsyon bir gece etüvde kurutularak kalsinasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Toz haline getirilen prekürsör morfolojik ve kimyasal inceleme yöntemleriyle (SEM, EDS. FT-IR, RAMAN vs) karakterize edilmiştir. Sodyum montmorillonit'in SEM görüntüsünde tabakalı yapıda bulunduğu, EDS analizinde ise katkı iyonlarının pikleri tespit edilmiştir. 400-4000 cm-1 dalga uzunluğunda FT-IR spektroskopisi ile analiz edilmiş olup, Zn-O ve Cu-O'e ait bağların varlığı literatürle uyumlu olarak gözlemlenmiştir Ayrıca Raman spektroskopisi ile 220 cm-1'de karakteristik Zn-O pik'i gözlenmiştir. Disk difüzyon testi ile modifiye edilmiş 5 farklı katyon katkılı montmorillonitin herbirinin 6 farklı konsantrasyonunda toplamda 30 farklı toz numunemize analiz yapılmıştır. Bacillus subtilis, Enterecoccus faecalis, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus bakterilerine karşı antibakteriyel aktivite göstermiştir. Kullandığımız sodyum montmorillonit, ilk defa bu çalışmada Zn(SAE)_2ve Cu(SAE)_2 ile sentezlenmiş olup antibakteriyel aktivite sergilediği belirlenmiştir. Bu yapıların literatürde çalışılmış olan çinkonun ve bakırın, nitratlı ve sülfatlı formlarına alternatif olabilecek nitelikte olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Alkali iyon değişimi, Nanokompozit, ZnO/Montmorillonit, CuO/Montmorillonit, Schiff baz, prekürsör

Abstract:
Due to various health problems encountered, especially the ongoing global pandemic, there has been an increasing demand for antimicrobial material applications. Therefore, unique properties of nanomaterial technology studies are being utilized to achieve the highest level of desired characteristics. Recently, the modification of clays with cationic substances to prepare organoclays has been receiving increased attention, as it enables easy separation of clay layers.
This thesis focuses on the preparation of organoclay by modifying sodium montmorillonite using the alkali ion exchange method. Characterization studies and antibacterial analyses were conducted on the precursor materials obtained. Zinc nitrate hexahydrate (Zn(SO_4 )⋅7H_2 O), zinc sulphate heptahydrate (Zn(SO_4 )⋅7H_2 O), copper sulphate pentahydrate (Cu(SO_4 )⋅5H_2 O), Cu(SAE)_2, and Zn(SAE)_2 Schiff base were used in the sol-gel method with ion exchange reaction. Cations were added in different ratios by sol-gel method while sodium montmorillonite was in solution form under 65°C. By taking advantage of the sol-gel method, the layers of sodium montmorillonite with a layered structure were opened, and zinc and copper ions were substituted between the layers. The resulting solution was dried in an oven overnight and calcined.
The precursor in powder form was characterized using morphological and chemical analysis techniques such as SEM, EDS, FT-IR, and Raman spectroscopy. The SEM image of sodium montmorillonite showed a layered structure, and the peaks of the additive ions were detected in the EDS analysis. FT-IR spectroscopy was used to analyze the samples in the range of 400-4000 cm-1 and the presence of Zn-O and Cu-O bonds was observed, consistent with previous literature. Additionally, a characteristic Zn-O peak was observed at 220 cm-1 using Raman spectroscopy. A total of 30 different powder samples were analyzed for each of the 5 different cation-doped montmorillonite samples, at 6 different concentrations using the disk diffusion test. The results showed antibacterial activity against Bacillus subtilis, Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Staphylococcus epidermidis, and Staphylococcus bacteria. It was discovered that the sodium montmorillonite used in the study was synthesized for the first time using Zn(SAE)_2 and Cu(SAE)_2 and exhibited antibacterial activity. The structures studied could potentially serve as an alternative to the nitrated and sulfated forms of zinc and copper previously reported in the literature.

Keywords: Alkali ion exchange, Nanocomposite, ZnO/Montmorillonite, CuO/ Montmorillonite, Schiff base, precursor