Yeni nesil süperhidrofobik kaplamaların hazırlanması ve yağ/su ayırma işlemlerindeki kullanımları
Preparation of new generation superhydrophobic coatings for oil/water separation
Yazar: EBRU AYGÜL
Danışman: DOÇ. DR. GÖKÇEN BİRLİK DEMİREL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada yağ/su ayırma sistemlerinde kullanılabilecek süperhidrofobik/süperoleofilik pamuklu kumaşlar ve melamin süngerler hazırlanmıştır. Süperhidrofobik/süperoleofilik kumaşların hazırlanmasında SiO2 ve TiO2 nanoparçacıklar kullanılmıştır. Nanoparçacıklar ile pürüzlü hale getirilen kumaşlar Trikloro(oktadesil)silan (OTS) ile modifiye edilmiştir. Hazırlanan kumaşların yüzey morfolojisi ve elementel kompozisyonunun belirlenmesi için SEM-EDS kullanılmıştır. Süperhidrofobik/süperoleofilik kumaşların hekzan için emme kapasitesi %322,12 olarak hesaplanmıştır. Diklorometan ve kloroform ile yapılan yağ/su ayırma kapasitesi sonuçları sırasıyla %98,5 ve %96,5 olarak hesaplanmıştır. Kumaşların kendi kendine temizleme özelliğine bakılmış ve kumaşların 8° ve 20°'lik kayma açılarında su damlasının yüzeyleri ıslatmadan ayrıldığı görülmüştür. Çalışmanın ikinci kısmında ise üstün özellikleri nedeni ile melamin süngerler ön plana çıkmıştır. İlk olarak süngerler ileri modifikasyonlar için (3-Glisidiloksipropil)trimetoksisilan (GPMTS) ve (3-aminopropil) trietoksisilan (APTES) ajanları ile modifiye edilmiştir. Daha sonra modifiye edilmiş melamin süngerlere, süngerlerin yüzey alanını ve nanopürüzlülüğünü artırmak için monodispers olarak sentezlenen SiO2 nanoparçacıklar bağlanmıştır. Son olarak GPTMS, APTES ve SiO2 ile modifiye edilmiş melamin süngerler OTS ile hidrofobik hale getirilmiştir. Hazırlanan modifiye süngerler X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve temas açısı ölçümleri ile karakterize edilmiştir. Süngerlerin SEM ile yüzey topografileri görüntülenmiştir. Hazırlanan süperhidrofobik/süperoleofilik melamin süngerler (S-MS) farklı yağ ve organik çözücüler için kendi ağırlıklarının 4051 ile 14034 katı arasında değişen bir emme kapasitesi göstermiştir. Hazırlanan S-MS süngerlerinin DCM için ayırma kapasitesi %100 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca süngerler 10 mL hekzanı 120 sn toplamıştır. Süngerlerin mükemmel bir tekrar kullanılabilirlik sergiledikleri görülmüştür. Sonuç olarak yağ/su ayırma sistemleri için hazırlanması kolay, düşük maliyetli ve tekrar kullanılabilir süperhidrofobik/süperoleofilik melamin süngerler ve pamuklu kumaşlar başarı ile hazırlanmıştır.

Abstract:
In this study, superhydrophobic/superoleophilic cotton fabric and melamine sponges were prepared for oil/water separation. SiO2 and TiO2 nanoparticles were used to produce nanoporous structure for superhydrophobic/superoleophilic fabrics. The prepared nanoporous fabrics were modified with Trichloro (octadecyl) silane (OTS) agent. Surface morphologies and the elemental compositions of fabrics were characterized by SEM-EDS analysis. The absorption capacity of superhydrophobic/superoleophilic fabrics for hexane was calculated as 322.12%. Oil/water separation capacities of fabrics for dichloromethane and chloroform and were calculated as 98.5% and 96.5%, respectively. The self-cleaning properties of the prepared fabrics were investigated for 8° and 20° sliding angles and we observed that the water droplets did not wet the surface. In the second part of the study, superhydrophobic/superoleophilic melamine sponges were fabricated because of their superior properties. First, the sponges were modified with (3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GPMTS) and (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) agents for further modifications. Then the melamine sponges were modified by synthesized SiO2 nanoparticles to increase the surface area and nano-roughness of the sponges. Finally, agent OTS molecules were bonded to the functionalized melamine sponges. The modified surfaces (S-MS) were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and contact angle analysis techniques. Surface topographies of the sponges were investigated by SEM. The sorption capacities of sponges were investigated using different oils/solvents. Sponges showed an absorption capacity ranged from 4051 to 14034 times their own weight. The separation capacity of the prepared S-MS sponges for DCM was calculated as 100%. In addition, the sponges collected 10 mL of hexane within 120 seconds. The sponges showed excellent recyclability. Consequently, superhydrophobic/superoleophilic melamine sponges and cotton fabrics, which can be used in oil/water separation systems, were fabricated by a facile, low cost and simple method.