Fonksiyonelize karbon nanotüplerin enerji ve biyoteknoloji alanındaki uygulamaları
Applications of functionalized carbon nanotubes in energy and biotechnology areas
Yazar: FATMA NUR YALÇINKAYA
Danışman: PROF. DR. MEHMET DOĞAN ; ÖĞR. GÖR. ZEYNEP BİCİL
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enerji = Energy
Dizin: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enerji = Energy ; Hidrojen depolanması = Hydrogen storage ; Karbon nanotüp = Carbon nanotube

Özet:
Bu çalışmada, fonksiyonelize çok duvarlı karbon nanotüpler, farklı kimyasal reaksiyonlarla çok duvarlı karbon nanotüpden (ÇDKNT) ve Li-doplanmış ÇDKNT ve Li-doplanmış fonksiyonelize ÇDKNTler sırasıyla çözücü ve hidrotermal yöntemlerle üretilmiştir. Örnekler Brunner-Emmett-Teller (BET), Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), diferansiyel termal analiz/termogravimetri (DTA/TG) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak karakterize edildi. Tüm örneklerin hidrojen depolama kapasiteleri IMI PSI gaz depolama cihazı kullanılarak ölçüldü. Salvia aethiopis L.'den PPO'nun saflaştırılmasında ÇDKNT-O-L-Tirozin-PABA yapısının afinite kolonunda dolgu matrisi olarak kullanılabilirliği araştırıldı. ÇDKNT'nin FTIR spektrumunda fonksiyonel gruplara ait yeni bantlar gözlendi. Fonksiyonelleştirilmiş ÇDKNT'ler farklı sıcaklık ve basamaklarda bozundu. SEM görüntüleri, ÇDKNT'nin fonksiyonelleştirilmesi ve Li-doplanması ile morfolojisinde değişiklikler meydana geldiğini gösterdi. ÇDKNT'nin BET yüzey alanı fonksiyonelizasyonla azalırken, genel olarak hidrojen depolama kapasitesinde bir artış gözlendi. Hidrotermal yöntemin ÇDKNT'nin hidrojen depolama kapasitesinin arttırılmasında çözücü yönteminden daha etkili olduğu belirlendi. Örnekler düşük sıcaklıklarda daha yüksek hidrojen depolama kapasitesine sahipti. Hidrojen depolama kapasitesi en yüksek örnek Li-doplanmış ÇDKNT'dir. İzoterm eğrileri oda sıcaklığında Henry kanununa uyarken, kriyojenik sıcaklıklarda çok tabakalı adsorpsiyon davranışı sergilediler. Adsorpsiyon prosesi fizikseldi ve izoterm tipi, Tip IV'dür. Salvia aethiopis L.'nin yaprak ve çiçeklerinden ekstrakte edilen PPO, amonyum sülfat, diyaliz ve afinite kromatografisi ile sırasıyla 8,4 ve 3 kat saflaştırıldı. Her saflaştırma basamağı için katekol, 4-metil katekol ve pirogallol substratları kullanılarak optimum pH ve sıcaklık değerleri belirlendi. Saflaştırma işlemiyle birlikte Vmax/Km değeri artmış ve enzim en fazla pirogallol substratına spesifiklik göstermiş bunu 4-metilkatekol ve katekol izlemiştir.

Abstract:
In this study, the functionalized multi-walled carbon nanotubes were produced from multi-walled carbon nanotube (MWCNT) by different chemical reactions and, Li-doped MWCNT and Li-doped functionalized MWCNTs by solvent and hydrothermal methods. Samples were characterized using Brunner–Emmett–Teller (BET), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), differential thermal analysis/thermogravimetry (DTA/TG) and scanning electron microscopy (SEM). The hydrogen storage capacities of all samples were measured using IMI PSI gas storage instrument. The usability of the MWCNT-O-L-Tyrosine-PABA structure as a filling matrix in the affinity column for the purification of PPO from Salvia aethiopis L. was investigated. New bands belonging to functional groups were observed in the FTIR spectrum of MWCNT. Functionalized MWCNTs degraded at different temperatures and steps. SEM images showed that the changes in the morphology of MWCNT with functionalization and Li-doping occured. While the BET surface area of MWCNT decreased with functionalization, an increase in its hydrogen storage capacity was observed in general. The hydrothermal method is more effective than the solvent method and functionalization in increasing the hydrogen storage capacity of MWCNT. All samples had higher hydrogen storage capacity at lower temperatures. The sample with the highest hydrogen storage capacity was Li-doped MWCNT. While the isotherm curves obeyed Henry's law at room temperature, they exhibited multilayer adsorption behavior at cryogenic temperatures. The adsorption process was physical and isotherm type was Type IV. PPO extracted from the leaves and flowers of Salvia aethiopis L. was purified 8.4-fold and 3-fold by ammonium sulfate, dialysis and affinity chromatography, respectively. For each purification step, optimum pH and temperature values were determined using catechol, 4-methyl catechol and pirogallol substrates. The Vmax/Km value increased with the purification process and the enzyme showed the highest specificity for pyrogallol, followed by 4-methylcatechol and catechol.