Nano titanyum dioksit sentezi ve çeşitli nano iyonlarla doplama yapılarak fotokatalitik özelliklerinin incelenmesi
Nano titanium dioxide synthesis and investigation of its photocatalytic properties by doping with various nano ions
Yazar: AHMET BEKTAŞ
Danışman: PROF. DR. ULVİ AVCIATA ; DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZHAN AVCIATA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
TiO2, organik kirletici maddelerin fotokatalitik parçalanmasında yaygın şekilde kullanılan bir foto katalizördür. Nano boyuttaki TiO2, diğer foto katalizörlere kıyasla maliyetinin düşük olması, toksik olmaması, yüksek ısıya ve kimyasallara karşı dayanıklı olması gibi nedenlerden dolayı hava ve sudaki organik kirleticilerin fotokatalitik arıtılmasında kullanılabilmesi yanında, sudan hidrojen elde edilmesi gibi birçok alanda kullanımı mevcuttur. Ancak TiO2 fotokatalizörü yüzeyinde organik kirleticilerin çok az tutunması ve TiO2'in büyük bant boşluğu içermesinden dolayı TiO2'in görünür ışık altında organik maddelerin parçalanması için fotokatalitik özellik sergilemesini sınırlamaktadır. Bu sebeple son zamanlardaki çalışmalar TiO2 yüzeyinin fonksiyonlaştırılması konusuna yoğunlaşmıştır. Ayrıca fotokatalitik aktiviteyi artırmak için birçok teknik mevcuttur. Görünür ışık altında TiO2'in aktivitesini artırmak, yüzey yapısını iyileştirmek için geçiş metali ve metal iyon yükleme, katyonik ve anyonik doplama gibi yüzey özelliklerini iyileştirici sentez çalışmaları yapılmaktadır. Bu doplama işlemleri sayesinde yüklü taneciklerin yeniden bir araya gelmesinin engellenmesi ve kullanılan dalga boyu aralığının artırılması neticesinde TiO2'nin fotokatalitik aktivitesinin artması sağlanır. TiO2 üzerine metal iyonlarının doplanması ile oluşturulan nano katalizörler sayesinde, daha uzun dalga boylu ışınlarla duyarlaştırılabilen fotokatalizörler sentezlenebilmektedir.
Nano boyutta TiO2 sentezinde etkili bir yöntem olan sol-jel ve hidrotermal yöntem ile Titaniyum (IV) izopropoksit kullanılarak metal içeren (Ag, Zr, Fe) TiO2 nanokatalizörler ayrı ayrı sentezlenmiştir. Sentezlenmiş olan tüm nanokatalizörlerin yapıları ve özellikleri XRD (X-Işınları Kırınım Spektroskopisi), FT-IR (Kızıl Ötesi Fourirer Dönüşüm Spektroskopisi), FEG-SEM (Alan Emisyon Taramalı Elektrom Mikroskobu),  EDS (Enerji Dağılım Spektroskopisi) ve UV-DRS (Ultraviyole Dağınık Yansıtma Spektroskopisi) teknikleri kullanılarak araştırılmıştır. SEM analizinin sonucunda yapıların küresel boyutlarda olduğu, XRD analizleri sonucu üretilen tozların anataz formunda oldukları, EDS analizleri ile tozların yapısında titanyum ve doplanan elementleri içerdiği görülmüştür.
Fotokatalitik parçalanma için hidrotermal reaktör içinde sentezlenen nano katalizörleri toz halde kullanılarak; Metilen Mavisi (MM), Everzol Yellow (EY), Victoria Mavisi (VM) boyar maddelerinin sulu çözeltileri ile trihalometan bileşiklerinin sulu çözeltisi ve zeytin karasuyunun fotokatalitik parçalanması araştırılmıştır.

Abstract:
TiO2 is a photocatalyst widely used in the photocatalytic degredation of organic pollutants. Nano-sized TiO2 can be used for the purification of organic pollutants both in air and water due to its low cost compared to other photo catalysts, non-toxicity, resistance to high temperatures and chemicals, and it has many uses such as obtaining hydrogen from water. However low adsorption of organic pollutants on the surface of photocatalytic TiO2 and having high energy band gap itself limits the photocataliytic properties for the degradation of organic materials under visible light. For this reason, recent studies have focused on the functionalization of the TiO2 surface. In addition, many techniques are available to increase photocatalytic activity. In order to increase the activity of TiO2 under visible light and improve the surface structure, synthesis studies are carried out to improve surface properties such as transition metal and metal ion loading, cationic and anionic doping. By doping processes, photocatalytic activity of TiO2 is increased as a result of prevented charged particles from agglomeration and increased wavelength range used. Photocatalysts activating with longer wavelength rays can be synthesized by the nano catalysts produced by the metal ions doped onto TiO2.
Metal-containing (Ag, Zr, Fe) TiO2 nano catalysts were separately synthesized with sol-gel and hydrothermal method by using Titanium (IV) isopropoxide, which is an effective method in the synthesis of nano-sized TiO2. The structures and properties of all synthesized nano catalysts were characterized by using XRD, FT-IR, FEG-SEM, EDX and UV-DRS techniques. In SEM analysis, it was observed that the structures were in spherical form. As a result of XRD analysis, it was observed that the synthesized powders were in the form of anatase. By EDS analysis, doped elements and titanium were found in the structure of the synthesized powders 
In this study, the photocatalytic degradation of aqueous solutions of methylene blue, everzol yellow, victoria blue dyestuffs, trihalomethane compounds and olive oil mill wastewater were investigated by using the nano catalysts in powder form synthesized in a hydrothermal reactor.