Manyetik nanopartikül içerikli grafen oksit sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterisation of graphene oxide with magnetic nanoparticles
Yazar: HANDE HAMİYET KONUK
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN ARBAĞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Manyetik nanopartiküller = Magnetic nanoparticles

Özet:
Bu yüksek lisans tez çalışmasında, Fe2+/Fe3+ iyonlarını içeren demir kaynaklarının oranlarının manyetik nanopartikül içerikli grafen oksit kompozit malzemesinin boyut dağılımına, manyetik özelliklerine, morfolojisine ve metilen mavisi ile adsorpsiyon kapasiteleri üzerine etkileri incelenmiştir. Grafen oksit malzemeleri Modifiye Hummers yöntemi ile Manyetik grafen oksit nanopartikülleri (MNGO) birlikte çöktürme yöntemi ile hava atmosferinde hazırlanmıştır. Demir iyonu (Fe2+/Fe3+) kaynağı oranları 2/3, 1/1 ve 3/2 olacak şekilde kullanılmıştır. Hazırlanan malzemelerin XRD, ATR-FTIR, N2 Adsorpsiyon-Desorpsiyonu, SEM, VSM ve Zeta potansiyeli analizleri ile karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. XRD analiz sonuçlarında, grafen oksit ve manyetit (Fe3O4) yapısı tüm MNGO kompozitlerinde başarılı bir şekilde elde edilmiştir. Yüksek Fe2+/Fe3+ kaynağı oranında kompozit yapısında farklı demir bileşikleri de tespit edilmiştir. Sentezlenen demir oksit nanopartiküllerinin boyutunun 20 nm'nin altında olduğu belirlenmiştir. Bu sonuç partiküllerin süperparamanyetik özelliklere sahip olduğunu göstermektedir. VSM analizi sonuçları süperparamanyetik demir oksit nanopartiküllerinin (SPIONs) başarılı bir şekilde elde edildiğini göstermiştir. Malzemelerinin adsorpsiyon çalışmalarında, sulu çözeltiden metilen mavisi boyasının uzaklaştırılması için kesikli bir sistemde, başlangıç pH'ı, boya konsantrasyonu ve çalışma sıcaklığının boya giderimi üzerindeki etkileri incelenerek optimum koşullar belirlenmiştir. Boya giderimindeki adsorpsiyon mekanizmaları Langmuir, Freundlich, Temkin ve Henry adsorpsiyon izoterm modellerinden yararlanılarak belirlenmiştir. Deneysel veriler Langmuir izoterm modeli ile uyumlu olup, adsorpsiyon süreçlerinin tek tabaka halinde, homojen yüzeylerde gerçekleştiği sonucuna varılmıştır. Sonuçlar, MNGO kompozit malzemelerinin boya giderme çalışmaları için umut verici olduğunu göstermektedir.

Abstract:
In this master thesis study, the effects of the ratios of iron sources containing Fe2+/Fe3+ ions on the size distribution, magnetic properties, morphology and adsorption capacities of the magnetic nanoparticle-containing graphene oxide composite material were investigated. Graphene oxide materials were prepared by Modified Hummers method and Magnetic graphene oxide nanoparticles (MNGO) co-precipitation method in air atmosphere. Iron ion (Fe2+/Fe3+) source ratios were used as 2/3, 1/1 and 3/2. Characterizations of the prepared materials were carried out by XRD, ATR-FTIR, N2 Adsorption-Desorption, SEM, VSM and Zeta potential analyses. In XRD analysis results, graphene oxide and magnetite (Fe3O4) structures were successfully obtained in all MNGO composites. Different iron compounds were also detected in the composite structure at high Fe2+/Fe3+ source ratio. The size of the synthesized iron oxide nanoparticles was determined to be below 20 nm. This result shows that the particles have superparamagnetic properties. The results of VSM analysis showed that superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) were successfully obtained. In the adsorption studies of the materials, optimum conditions were determined by examining the effects of initial pH, dye concentration and operating temperature on dye removal in a batch system for the removal of methylene blue dye from aqueous solution. Adsorption mechanisms in dye removal were determined using Langmuir, Freundlich, Temkin and Henry adsorption isotherm models. Experimental data are compatible with the Langmuir isotherm model, and it was concluded that the adsorption processes take place in a single layer on homogeneous surfaces. The results show that MNGO composite materials are promising for dye removal studies.