Kendi kendini temizleyen çimentolarda fotokatalitik performansın kolemanit ile arttırılması
Increasing the photocatalytic performance of self-cleaning cement with colemanite
Yazar: AYKUT UYSAL
Danışman: PROF. DR. ZEKİ AKTAŞ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Fotokatalitik = Photocatalytic ; Kolemanit = Colemanite ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide ; Çimento = Cement

Özet:
Bu çalışmada bir bor minerali olan kolemanitin kendi kendini temizleyen çimentoların fotokatalitik performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Günümüzde beton yüzeyler kullanılarak şehir havasındaki kirlilikler giderilebilmektedir. Bu özelliğe sahip beton yapılar, kendi kendini temizleyen fotokatalitik çimentolar ile elde edilmektedir. Bu çimentolar, bileşiminde bulunan nano boyuttaki TiO2 parçacıkları sayesinde, gün ışığı altında fotokatalitik özellik göstererek beton yüzeyinde biriken organik kirlilikleri parçalamakta ve havadaki NOx gazlarını da daha zararsız olan NO3 bileşiğine çevirmektedir. Bu şekilde özellikle metropollerdeki egzoz gazından kaynaklanan NOx bileşikleri zararsız hale getirilerek daha sağlıklı ve temiz alanlar oluşturulabilmektedir. Ancak fotokatalitik TiO2 kullanımından kaynaklanan yüksek maliyetten dolayı fotokatalitik çimentoların kullanımı henüz beklenen düzeyde değildir. TiO2'nin fotokatalitik performansı arttırılabilirse, çimento içerisindeki kullanım oranı azaltılabilir. Böylece hem üretim hem de kullanım açısından daha ekonomik fotokatalitik çimento ürünleri elde edilebilir. TiO2'nin fotokatalitik performansının arttırılmasına yönelik yapılan çalışmalarda ferroelektrik özelliğe sahip bileşikler kullanılmıştır. BaTiO3 gibi ferroelektrik özelliğe sahip kristaller, UV ışınının TiO2 tarafından daha verimli bir şekilde kullanılmasını ve böylece fotokatalitik performansın artmasını sağlamaktadır. Bununla birlikte ülkemizde bol miktarda rezervi bulunan ve bor elementinin bir minerali olan kolemanit de ferroelektrik özelliğe sahiptir. Yapılan literatür taramalarında ise kolemanitin TiO2'nin fotokatalitik verimi üzerine etkisi ile ilgili yapılmış herhangi bir çalışma bulunamamıştır. 

Bu çalışmada elde edilen sonuçlara göre kolemanit, TiO2'nin fotokatalitik performansını arttırarak, daha düşük oranlarda kullanımını sağlamaktadır. TiO2'nin kullanım oranındaki azalma ile kendi kendini temizleyen fotokatalitik çimentoların üretim maliyeti azaltılabilmektedir. Bu maliyet avantajı sayesinde bu ürünlerin kullanımının yaygınlaşacağı düşünülmektedir.

Abstract:
In this study, it was investigated that effect of colemanite, which is a mineral of the boron, on the photocatalytic performance of the self-cleaning cement. It is nowadays possible to clear city air with using the concrete surfaces. These feature concrete structures can be obtained by self-cleaning photocatalytic cements. These cements are able to break down organic dirt that piles up on concrete surfaces and convert NOx compounds into harmless NO3 compounds in the air by displaying photocatalytic features under sunlight thanks to the nano-sized TiO2 particles in its content. This makes it possible to neutralize NOx compounds caused by exhaust fumes especially in metropolitan areas, creating healthier and cleanlier spaces. However, the use of self-cleaning photocatalytic cement is not yet at the anticipated levels due to the high costs associated with the TiO2 content. If the photocatalytic performance of TiO2 would be increased, the amount of TiO2 could be decreased in the cement. In this way, both in terms of production and use, more economical cement products could be obtained. Compounds with ferroelectric characteristics are used to enhance photocatalytic performance of TiO2. Ferroelectric crystals such as BaTiO3 provide utilizing UV light more efficiently and thus increasing the photocatalytic performances. However the colemanite has ferroelectric property and abundant reserves in our country but any study was not found regarding the effect on photocatalytic efficiency of TiO2 in the literature searches.

According to the results reported in this study, the colemanite boosts the photocatalytic performance of TiO2 and allows addition of lower amounts. The reduction in the amount of TiO2 can reduce the production cost of self-cleaning photocatalytic cement. Thanks to this cost advantage, it is thought that these products will gain a wider base of user.