Keratin esaslı yüzeylerin elektroçekim yöntemiyle elde edilmesi, karakterizasyonu ve gaz sorpsiyon özelliklerinin incelenmesi
Fabrication and characterization of the keratin basedsurfaces by electrospinning technique and investigationof gas sorption properties
Yazar: DUYGU GAZİOĞLU RÜZGAR
Danışman: PROF. DR. ŞULE ALTUN KURTOĞLU ; DR. SUKHWINDER KAUR BHULLAR
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Lif ve Polimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Nanoliflerden üretilen filtreler yüksek etkinlik derecesine sahiptirler. Geniş yüzey
alanı, yüzey kohezyonu ve nanolifli yapının küçük boyutlu gözenekli yapısı küçük
molekülleri yakalayarak filtrasyon, filtre ömrü ve temizleme etkinliklerini artırır. Bir
filtrasyon malzemesi olarak da keratin toksik maddeleri, formaldehiti ve uçucu organik
bileşikleri adsorbe edebilmektedir.
Kapalı ortamlardaki hava kalitesi insan sağlığı ve konforunu etkileyen önemli bir
parametredir ve modern insan yaşamının yaklaşık %90'ını iç ortamlarda
geçirmektedir. Kapalı ortam havasında, azot oksitler, kükürt oksitler, karbon oksitler
ve uçucu organik bileşikler başta olmak üzere pek çok kirletici gaz bulunmaktadır.
Kirletici gazların yol açtığı baş ağrısı, boğazda iltihaplanma, kas ağrıları, cilt kuruluğu
gibi etkiler, yaşam kalitesini düşürdüğü gibi, çalışan verimini de olumsuz
etkilemektedir.
Bu tez çalışmasında, yün lifinden ekstrakte edilen keratinden elektroçekim yöntemiyle
üretilmiş nanolifli yüzeylerin gaz adsorpsiyon özellikleri incelenmiştir. Bu kapsamda
öncelikle keratinin ekstraksiyonu için uygun metot ve optimum pH belirlenerek film
formunda elde edilen keratin numuneler FTIR, TGA ve UV-VİS analizleri ile
karakterize edilmiştir. Daha sonra sulu keratin çözeltileri hazırlanarak elektroçekim
sistemi ile keratin esaslı nanolifli yüzeyler karışım polimeri olarak en iyi uyumu
gösteren polietilenoksit (PEO) kullanılarak üretilmiştir. Kütlece %5 ve %7 oranda
toplam polimer konsantrasyonuna sahip çözeltiler keratin/PEO arasındaki oran 30/70,
50/50, 70/30 olacak şekilde hazırlanmıştır. Ağırlıkça %7 polimer konsantrasyonuna
sahip keratin/PEO arasındaki oran 50/50 olan numune elektroçekilebilirlik ve
yüzeyden ayrılabilme özellikleri göz önünde bulundurularak optimum numune olarak
belirlenmiştir. Gaz adsorpsiyonu çalışmalarında yün kumaş, yün kumaş üzerine
nanolif kaplama ve tek başına nanolif numune kirletici gaz olarak kullanılan
formaldehite tabi tutulmuştur. Numuneler üzerindeki formaldehit miktarı su ile
ekstraksiyon metoduna yönelik TS EN ISO 14184-1 standardı kullanılılarak mg
formaldehit/kg numune olarak belirlenmiştir. Tüm yüzeyler içerisinde en iyi sonucu,
nanolif yüzey numunesi vermiştir. Formaldehitin adsorpsiyon kinetiği yalancı birinci
derece, yalancı ikinci derece, intrapartikül difüzyonu ve elovich modelleri kullanılarak
incelenmiştir. Kinetik analizler sonucunda intrapartikül difüzyon modelinin uyumlu
olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar keratin esaslı nanoyüzeylerin kapalı
ortamlardaki kirletici gaz olarak formaldehiti adsorbe edebilen filtre malzemesi olarak
kullanılabilirliğini ortaya koymuştur.

Abstract:
The high surface to volume ratio, the high surface cohesion and the small pore
dimensions of the nanofiber structures allow capturing submicron particles improving
both the filtration and cleaning efficiencies, and filter life. As a filtration material
keratin is a biopolymer that can adsorb and remove toxic substances such as heavy
metal ions, formaldehyde and volatile organic compounds.
Indoor air quality is one of the major parameters affecting human health and comfort.
Modern humans spend about 90% of their lives in indoors. There are various pollutant
gases, especially nitroxides, sulfur oxides, carbon oxides, and volatile organic
compounds, present in indoor air. Pollutant gases cause headaches, sore throat, muscle
pain, dry skin result in poor quality of life.
In this thesis, the gas adsorption properties of electrospun keratin nanofiber surfaces,
extracted from wool fiber, were investigated. In this context after determining the
appropriate method and optimum pH, extracted keratin film samples were
characterized by using FTIR, TGA and UV-VIS analyzes. Then keratin based
nanofiber surfaces with polyethylene oxide (PEO) which showed the best
compatibility, as the blend polymer were produced using the aqueous keratin solutions.
The solutions of 30/70, 50/50, 70/30 keratin/PEO at 5 and 7 wt % concentrations of
the polymers were prepared in water. The sample with 50/50 ratio between
keratin/PEO at 7 wt % polymer concentration was determined as the optimum sample
by taking into consideration the electrospinnability and detachability characteristics.
Wool fabric, nanofiber coated wool fabric and nanofiber sample were treated with the
formaldehyde as the pollutant gas during the gas adsorption studies. The amount of
formaldehyde on the samples were determined as mg formaldehyde/kg sample by
using TS EN ISO 14184-1 standard which is based on formaldehyde extracted partly
through hydrolysis by means of a water extraction method. The best result in all
surfaces was the nanofiber surface sample.The adsorption kinetics of formaldehyde
was investigated using pseudo-first-order, pseudo-second-order, intraparticle diffusion
and elovich models. As a result of kinetic analysis, intraparticle diffusion model was
found to be compatible. The obtained results showed that keratin based nanostructures
as filter materials can improve the air quality by adsorbing formaldehyde as the
pollutant gas from indoor air.