Grafen katkılı nanokompozit fotokatalizörlerin üretimi, karakterizasyonu, termal, fotokatalitik, antibakteriyel ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Production and characterization of graphane doped nanocomposite photocatalyst, investigation of their thermal, antibacterial, photocatalytic activities and mechanical properties
Yazar: DERYA BİRHAN
Danışman: DOÇ. DR. DERYA TEKİN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Metalurjisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Yarı iletken fotokatalizörler, farklı katalitik reaksiyonlarda oldukça büyük öneme sahip olmaktadırlar. Fotokatalizörler arasında, Titanyum dioksit (TiO2), maliyet etkinliği, düşük toksisite, yüksek stabilite, mükemmel biyouyumluluk, yüksek kimyasallık ve benzersiz fotokatalitik özellikler gösterdiği için birçok uygulama alanında kullanılan bir yarı iletken fotokatalizör olmaktadır. Bu tez kapsamında, TiO2, rGO-TiO2, PVA-TiO2, rGO-TiO2-PVA, PEG-TiO2, rGO-TiO2-PEG nanokompozitleri sentezlenmiştir. Sentezlenen nanokompozitlerin yapısal özelliklerini inceleyebilmek için, SEM-EDS, XRD kullanılmıştır. Termal analiz için Termogravimetrik Analiz (TGA), Sertlik ölçümü için Vickers Sertlik analizi yapılmıştır. Sentezlenen nanokompozitlerin antibakteriyel ve fotokatalitik aktiviteleri incelenmiştir.
Nanokompozitlerin sentezi dört aşamada gerçekleşmektedir. Birinci aşamada, destek malzemesi olarak kullanılan Grafen oksit Hummer yöntemi ile sentezlenmiştir. İkinci aşamada, Titanyum (IV) izopropoksitten yola çıkarak reaksiyon başlatıcı fotokatalizör olan TiO2 nanopartikülleri sentezlenmiştir. Üçüncü aşamada, TiO2 nanopartikülleri Polivinil alkol (PVA) ve Polietilen glikol (PEG) polimerleri kullanılarak sol-jel yöntemi ile sentezlenmiştir. Dördüncü ve son aşamada, sentezlenen polimer- TiO2 yapıları sol-jel yöntemi kullanılarak grafen ile katkılanmıştır.
Sentezlenen nanokompozitlerin morfolojik ve elementel analizi SEM-EDS kullanılarak incelenmiştir. Bu inceleme sonucunda, TiO2 yapısında bulunan gözeneklerin oluşumunun engellendiği tespit edilmiştir. XRD analizleri yardımı ile sentezlenen nanokompozitlerin Titanyum dioksitin anataz fazı ile birebir uygunluk gösterdiği tespit edilmiştir. TGA analizleri sonucunda 25-900°C sıcaklık aralıklarında hava atmosferinde en iyi termal dirence sahip nanokompozit PEG-TiO2 olarak tespit edilmiştir. Nanokompozitlerin sertlik ölçümleri 245 mN yük kullanılarak yapılmış ve rGO-TiO2 yapısı en sert malzeme olarak belirlenmiştir.
Nanokompozitlerin antibakteriyel aktivitesi E.coli bakterisine karşı öldürme davranışları değerlendirilmiş ve rGO – TiO2 – PVA nanokompozit yapısı %77,13 oranında azalma sağlayarak en iyi antibakteriyel özellik gösteren nanokompozit olarak belirlenmiştir. Nanokompozitlerin kesikli reaktörde fotokatalitik aktivitelerini ölçmek için 20 ppm'lik Acid Black I boyar maddesi kullanılmıştır. 120 dakikalık sürenin sonunda %78,85 boya giderimi ile rGO-TiO2-PEG nanokompoziti en iyi fotokatalitik aktivite gösteren nanokompozit olarak belirlenmiştir.

Abstract:
Semiconductor photocatalysts are of great importance in different catalytic reactions. Among photocatalysts, Titanium dioxide (TiO2) is a semiconductor photocatalyst used in many applications because of its cost efficiency, low toxicity, high stability, excellent biocompatibility, high chemical and unique photocatalytic properties. In this thesis, TiO2, rGO-TiO2, PVA-TiO2, rGO-TiO2-PVA, PEG-TiO2, rGO-TiO2-PEG nanocomposites have been synthesized. To examine the structural properties of synthesized nanocomposites, SEM-EDS and XRD were used. Thermogravimetric analysis (TGA) was used for thermal analysis. Hardness Vickers Hardness tester is used for hardness measurement. The antibacterial and photocatalytic properties of synthesized nanocomposites have been investigated. 
The synthesis of nanocomposites consists of four steps. Firstly, the graphene oxide used as support material was synthesized by the Hummer method. In the second step, TiO2 nanoparticles, the initiat photocatalyst of the reaction, have been synthesized from Titanium (IV) isopropoxide. In the third stepTiO2 nanoparticles doped with polyvinyl alcohol (PVA) and polyethylene glycol (PEG) polymers were synthesized by sol-gel method. In the fourth and last stage, the synthesized polymer-TiO2 structures were doped with graphene using the left gel method. Morphological and elemental analysis of synthesized nanocomposites were investigated using SEM-EDS. As a result of this study, it was determined that forming of pores in the TiO2 structure was prevented. It was observed, that the nanocomposite synthesized with the help of XRD analysis, TiO2 was found to be compatible with the anatase phase. As a result of TGA analysis, PEG-TiO2 nanocomposite between 25-900°C temperature was determined the best thermal resistance in air atmosphere. The hardness measurements of nanocomposites have been made using 245 mN load and rGO-TiO2 structure was determined as the hardest material. 
The antibacterial activity of the nanocomposites was evaluated against E.coli bacteria and the rGO - TiO2 - PVA nanocomposite structure was determined as the best antibacterial nanocomposite with a decrease of 77.13%. In order to measure the photocatalytic of the nanocomposites in the batch reactor, the degradation in the 20 ppm Acid Black I dye solution was investigated and the best removal rGO-TiO2-PEG nanocomposite photocatalyst degraded the dye %78,85 within 120 minutes.