Gıda atıklarından demir nanopartikül sentezi
Synthesis of iron nanoparticle from food waste
Yazar: TUĞÇE AYDOĞAN
Danışman: PROF. DR. EMEK DERUN ; DOÇ. DR. FATMA TUĞÇE DUMANLI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Demir = Iron ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Yeşil sentez = Green synthesis

Özet:
Metal nanopartiküller arasında demir; biyosensörler, kataliz, atık su arıtma ve ilaç dağıtımındaki uygulamaları nedeniyle diğer nanopartiküllere göre daha fazla ilgi görmektedir. Demir nanopartiküller; küçük partikül boyutu, düşük toksisite, yüksek manyetizma gibi benzersiz özelliklere sahiptir. Bu nanopartiküllerin yeşil sentezi için bitki özleri, mikroorganizmalar ve tarımsal atık ürünler kullanılır. Yeşil sentez, bitki ve mikroorganizmadan elde edilen metabolitleri indirgeyici ve kapayıcı ajan olarak kullanır. Aynı zamanda sert kimyasal içermemesi, toksik olmayan reaktiflerin kullanılması, biyouyumlu ve çevre dostu olması nedeniyle diğer sentez yöntemleri üzerinde üstünlük sağlamaktadır.
Bu yüksek lisans çalışmasında demir ve demir oksit nanopartiküller herhangi bir pH stabilizatörü ve kapayıcı ajan kullanılmadan; limon, mandalina, portakal ve greyfurt kabuğu özütü kullanılarak sentezlendi. Nanopartiküller; UV-Vis Spektrofotometresi, X- ışını difraktometresi (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Geçirimli Elektroon Mikroskobu (TEM) ve TG/DTA (Termogravimetrik ve Diferansiyel Termal Analiz) kullanılarak karakterize edildi. 
Farklı kabuklardan sentezlenen ürünlerin XRD sonuçlarına göre; "01-074-1910"  ve  "03-065-0390" referans kodlarıyla  magnetit Fe3O4 ile Fe2O3 ikili fazları elde edilmiştir. SEM görüntülerine göre en küçük partikül boyut aralığı 155-225 nm ile LKE- Fe Np' de (limon kabuğu ekstratı kullanılarak sentezlenen demir nanopartiküller) gözlenmiştir. UV-vis. sonuçlarına göre; LKE Fe Np 250-300 nm , MKE Fe Np , PKE Fe Np ve GKE Fe Np' leri 220-380 nm aralığında pik göstermiştir. TG/DTA sonuçlarına göre en fazla kütle kaybı %60,5 ile PKE-Fe Np'de görülürken en düşük kütle kaybı %58 ile MKE-Fe Np' de ortaya çıkmıştır. LKE-Fe Np ve GKE-Fe Np kütle kayıplarının sırasıyla %59,1 ve %58,6 olduğu sonucuna varılmıştır. TEM analiz sonuçları amorf yapıların varlığını doğrular niteliktedir. Dört farklı kabuğun ekstratları kullanılarak elde edilen ürünlerin adsorbsiyon kapasiteleri UV-vis cihazı kullanılarak karakterize edilmiştir. PKE-Fe Np' lerin 34,9056 gr/ ml konsantrasyon ile en yüksek adsorblama kapasitesine sahip olduğu gözlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Demir nanopartikül, nanoteknoloji, stabilizatör, yeşil sentezi

Abstract:
Among the metal nanoparticles iron; it has received more attention than other nanoparticles due to its applications in catalysis, biosensors, wastewater treatment and drug delivery. Iron nanoparticles; it has unique properties such as oxide forming affinity, small particle size, low toxicity, high magnetism. Plant extracts, microorganisms and agricultural waste products are used for the green synthesis of these nanoparticles. Plant extracts, microorganisms and agricultural waste products are used for the green synthesis of these nanoparticles. Green synthesis uses metabolites from plants and microorganisms as reducing and capping agents. At the same time, it provides superiority over other synthesis methods because it does not contain hazardous chemicals, uses non-toxic reagents, is biocompatible and environmentally friendly.
In this study, iron and iron oxide nanoparticles were synthesized using lemon, tangerine, orange and grapefruit peel extracts without using any pH stabilizers and capping agents. Nanoparticles was characterized using UV-Vis Spectrophotometer, X-ray diffractometry (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmissive Electron Microscopy (TEM) and TG/DTA (Thermogravimetric and Differential Analysis).
According to XRD results, binary phase was obtained. These are magnetite Fe3O4 and Fe2O3 with reference codes "01-074-1910" and "03-065-0390". According to SEM images, the smallest particle size range of 155-225 nm was observed in LKE-Fe Np (iron nanoparticles synthesized using lemon peel extract). According to the UV-vis results; LKE Fe Np 250-300 nm, MKE Fe Np, PKE Fe Np and GKE Fe Np showed peaks in the 220-380 nm range. According to TG/DTA results, the highest mass loss was observed in PKE-Fe Np with %60,5 and the lowest mass loss was observed in MKE-Fe Np with %58. It was concluded that the mass losses of LKE-Fe Np and GKE-Fe Np were %59,1 and  %58,6, respectively. The existence of amorphous structures was confirmed according to the TEM analysis results. The adsorption capacities of the products obtained by using the extracts of four different shells were characterized using a UV-vis device. It was observed that PKE-Fe Np had the highest adsorption capacity with a concentration of 34,9056 g/ml.

Keywords: Green syhnthesis, iron nanoparticle, nanotechnology, stabilizer