Kimyasal,termal ve mikrodalga destekli indirgenmiş grafen oksit katkılı tio2 içeren nanokompozit malzemelerin sentez karakterizasyonu ve fotokatalitik aktivitelerin incelenmesi
Synthesis, characterization and investigation of photocatalytic activities of chemical, thermal and microwave assisted reduced graphene oxide doped tio2 containing nanocomposite materials
Yazar: MARWAH ALI IBRAHIM
Danışman: DOÇ. DR. HALİT ÇAVUŞOĞLU ; DOÇ. DR. TEOMAN ÖZTÜRK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Son yıllarda artan endüstriyel faaliyetler ve nüfus artışı, su kaynaklarının giderek daha fazla kirlenmesine yol açmaktadır. Bu durum, özellikle boyar madde içeren endüstriyel atıksuların doğal ortamlara deşarj edilmesiyle ciddi çevresel sorunlara neden olmaktadır. Organik boyaların atıksulardan giderilmesi bu nedenle büyük önem taşımaktadır. Literatürde, boyar maddelerin uzaklaştırılması için çeşitli teknikler önerilmektedir. Bunlar arasında, fotokatalitik yöntemler özellikle dikkat çekmektedir. Fotokatalitik olarak aktif yarı iletken malzemeler, ışık altında etkin bir şekilde kirleticilerin parçalanmasını sağlayabilmektedir. TiO2 gibi n-tipi yarı iletkenler ve Cu2S, Ag2O gibi p-tipi yarı iletkenler bu amaçla yaygın olarak çalışılmaktadır.
Son zamanlarda, grafen oksit ve indir genmiş grafen oksit gibi geniş yüzey alanlı ve suda çözünür malzemelerin, çeşitli nanopartiküller ile kombinasyonundan oluşan nanokompozitlerin de boyar madde gideriminde etkili oldukları gösterilmiştir. Bu nanokompozit malzemelerin sentezi, karakterizasyonu ve fotokatalitik performanslarının incelenmesi, atıksulardan organik kirleticilerin giderilmesinde umut vaat eden yaklaşımlar arasında yer almaktadır.
Bu tez çalışmasında indirgenmiş grafen oksit (iGO) malzemesi, kimyasal, termal ve mikrodalga yöntemleri kullanılarak sentezlenmiştir. Elde edilen üç farklı iGO malzemesi, titanyum dioksit (TiO2) ile nanokompozit formunda birleştirilmiştir. Böylece iGO/TiO2(kimyasal), iGO/TiO2(termal) ve iGO TiO2(mikrodalga) nanokompozitleri oluşturulmuştur. Oluşturulan bu nanokompozitlerin, bir organik kirletici model bileşiği olan Metilen Mavisi'nin (MB) fotokatalitik bozunması üzerindeki performansları, UV ışık altında deneysel olarak araştırılmıştır. Farklı yöntemlerle sentezlenen iGO/TiO2 nanokompozitlerinin yapısal ve morfolojik özellikleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Yapısal analizler X-ışını kırınımı (XRD) tekniği ile, yüzey morfolojileri ve topografileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile, fotokatalitik bozunma performansları ise ultraviyole-görünür bölge (UV-Vis) spektrofotometresi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamlı çalışma, iGO/TiO2 nanokompozitlerinin geliştirilmesi ve organik kirleticilerin giderimi üzerindeki potansiyellerinin detaylı bir şekilde araştırılması amaçlanmıştır.

Abstract:
In recent years, increasing industrial activities and population growth have led to a gradual increase in the pollution of water resources. This situation causes serious environmental problems, especially due to the discharge of industrial wastewater containing dyes into natural environments. The removal of organic dyes from wastewater is therefore of great importance. In the literature, various techniques are proposed for the removal of dyes. Among these, photocatalytic methods are particularly noteworthy. Photocatalytically active semiconductor materials can effectively decompose pollutants under light. N-type semiconductors such as TiO2 and p-type semiconductors such as Cu2S and Ag2O are widely studied for this purpose.
Recently, it has been shown that nanocomposites formed by the combination of high surface area and water-soluble materials such as graphene oxide and reduced graphene oxide, with various nanoparticles, are also effective in dye removal. The synthesis, characterization, and investigation of the photocatalytic performance of these nanocomposite materials are among the promising approaches for the removal of organic pollutants from wastewaters.
In this thesis study, reduced graphene oxide (rGO) material will be synthesized using chemical, thermal, and microwave methods. The obtained three different rGO materials will be combined with titanium dioxide (TiO2) in the form of nanocomposites. Thus, rGO/TiO2(chemical), rGO/TiO2(thermal), and rGO/TiO2(microwave) nanocomposites will be formed.
The performance of these nanocomposites on the photocatalytic degradation of Methylene Blue (MB), an organic pollutant model compound, was experimentally investigated under UV light. The structural and morphological properties of the rGO/TiO2 nanocomposites synthesized by different methods were comparatively examined. Structural analyses were performed using X-ray diffraction (XRD) technique, surface morphologies and topographies were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), and photocatalytic degradation performances were evaluated using ultraviolet-visible (UV-Vis) spectrophotometry. This comprehensive study aimed to develop rGO/TiO2 nanocomposites and to investigate their potential for the removal of organic pollutants in detail.