C/TiO2 kompozit fotokatalizör sentezi ve uygulamaları
Synthesis and application of C/TiO2 composite photocatalyst
Yazar: YUSUF OSMAN DONAR
Danışman: PROF. DR. ALİ SINAĞ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Son yıllarda kullanılan en etkin fotokatalizörlerden birisi olmasına karşın, görünür bölgedeki düşük ışık absorpsiyonu ve fotokimyasal olarak üretilen elektron-boşluk çiftlerinin kısa ömürlü olması; titanyum dioksit (TiO2) fotokatalizör uygulamalarının önündeki en önemli iki engel olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışma ile TiO2'nin bu iki dezavantajının giderilmesi ile görünür ışık altında da çalışabilen etkin bir kompozit fotokatalizör sentezlenmesini amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda TiO2'ye destek malzemesi olarak karbon temelli materyal kullanımının yeni tip kompozit fotokatalizör üzerine sağlayabileceği etki araştırılmıştır. Karbon malzeme kaynağı olarak Türkiye'de önemli atık rezervi bulunan fındık kabuğu ile birlikte biyokütlenin temel bileşenleri olan selüloz ve lignin kullanılmıştır. Karbonizasyon yöntemi olarak ise hidrotermal karbonizasyon (HTC) tekniği tercih edilmiştir. HTC tekniğinin ile elde edilen karbon temelli malzemeler, dış katmanında elektron çekici heteroatom içeriği yüksek fonksiyonel gruplar; iç katmanında ise konjuge furanik yapılar barındırmasından dolayı tercih edilmiştir. Bu sayede elde edilen karbon temelli destek malzemesi ile TiO2'nin etkileşiminin sağlanabilmiş, elektron çekici gruplar ve konjuge iskelet yapısı sayesinde de elektron lokalizasyonu da mümkün kılınabilmiştir. Ayrıca HTC yöntemiyle elde edilen karbon temelli malzemelerin, yapısında bulunan heteroatomların da etkisiyle, sağladığı elektronik geçişler görünür bölgedeki ışımaların absorplanabilmesine olanak sağlamıştır. Elde edilen yeni tip C/TiO2 kompozit fotokatalizörlerin etkinliği UV-A ve görünür ışık altında metilen mavisi ve fenol model kirliliklerinin giderimi ile test edilmiş; ve katkılanmamış TiO2'ye göre çok daha yüksek fotokatalitik performans sergiledikleri ortaya konmuştur.

Abstract:
Although TiO2 is one of the most effective photocatalysts used in recent years, it has low light absorption in the visible region and short life of photochemically produced electron-hole pairs; therefore, these factors are important obstacles for the use of TiO2 in photocatalytic applications. This study aims to eliminate these disadvantages and to synthesize an efficient composite photocatalyst that can work under visible light. For this purpose, the effect of using carbon-based material as a support material for TiO2 on a new type of composite photocatalyst was investigated. Cellulose and lignin, which are essential components of biomass and hazelnut shells with significant reserves in Turkey, are used as the source of carbon materials. Hydrothermal carbonization (HTC) technique has been preferred as carbonization method. Carbon-based materials obtained by HTC are preferred due to their functional groups with high electron-withdrawing heteroatom content in the outer layer and conjugated furanic structures in the inner layer. In this way, the interaction of TiO2 with obtained carbon-based support material was achieved and thanks to the electron-withdrawing groups and conjugated structure, electron localization was also made possible. In addition, the electronic transitions provided by the carbon-based materials obtained by HTC method, with the effect of the heteroatoms in their structure, enabled the absorption of the radiations in the visible region. The efficiency of the new type C/TiO2 composite photocatalysts was tested by removing methylene blue and phenol under UV-A and visible lights and it has been shown to exhibit much higher photocatalytic performance than bare TiO2.