Gümüş ile doplamış nano-TiO2' in özelliklerinin incelenmesi
The study of specifications of nano Ti̇O2 doped si̇lver
Yazar: YILDIZ BENLİ
Danışman: PROF. DR. ULVİ AVCIATA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Anorganik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Fotokatalizörlerin yüksek kimyasal aktivitelerinden dolayı, çevresel uygulamaları ile ilgili çok sayıda çalışma yapılmaktadır. Çalışılan fotokatalizörler arasında nano boyutlu TiO2 en çok kullanılan fotokatalizördür. Nano boyutlu TiO2, havadaki ve sudaki organik kirliliklerin uzaklaştırılmasında kullanılabildiği gibi, suyun iyonlarına ayrıştırılarak hidrojen elde edilmesine kadar birçok alanda kullanılmaktadır. Bu özelliklere sahip diğer maddelere göre fiyatının daha düşük olması, düşük zehirlilik, yüksek ısıya ve kimyasallara dayanma özelliklerinden dolayı kullanımı yaygındır. Ancak fotokatalizör olarak görünür ışığa duyarlılığının düşük olması TiO2'in sınırlayıcı özelliklerinden biridir. Bu nedenle son yıllarda, yapılan birçok çalışmada TiO2'in görünür ışıktaki aktivitesini artırmak, elektronik ve yüzey yapısını iyileştirmek için geçiş metali katma, metal iyon yükleme, katyonik ve anyonik doplama gibi yüzey modifiyecileri kullanılmaktadır. Yüzey modifiye edicileri, TiO2'nin özelliklerini iki şekilde etkileyerek fotokatalitik aktivitesini artırmaktadırlar:1-yüklü taneciklerin yeniden birleşmesini önleyerek
2- kullanılan dalga boyu aralığını artırarak.
Fotokatalitik aktiviteyi artırmak için Pt, Au, Ag, Zn, Cu, Mn, Mg, Fe, Sn gibi metaller dop edilmektedir. Doplanan metaller arasında, gümüş metali iyi birer dezenfeksiyon aracı olması sebebiyle hem suyun hemde havanın dezenfeksiyonunda kullanılmaktadır. Bu çalışmanın temel amacı, çeşitli özelliklerinden dolayı özellikle medikal ve kozmetik sektöründe ve biyosensör uygulamalarında günden güne kullanımı artan nanoyapılı gümüş partiküllerinin, yine çevresel arıtma ve enerji üretimi alanlarında köklüdeğişikliklerle gelişen teknolojiler de üzerinde en çok araştırma yapılan yarı iletken oksitlerden biri olan Titanyum dioksit (TiO2),'e doplanması amaçlanmaktadır. TiO2 solü içerisine farklı konsantrasyonlar da gümüş eklenmiş ve bu arada polietilenglikol, askorbik asit, sodyum borhidrür ve hidrazin indirgeme ajanı ile beraber yüzey aktif maddeleri kullanılmış ve bunların yapıyı nasıl değiştirdiği incelenmiştir. Yöntem olarak hidrotermal yöntem tercih edilmiştir. Tozların morfolojik yüzey yapısı ve kompozisyonu SEM, BET, FT-IR, TEM ve XRD kullanılarak incelenmiştir. Yapılan SEM ölçümleri sonucunda yapıların küresel olduğu gözlemlenmiştir. XRD analizleri, 180°C'de hidotermal yöntemle üretilen tozların anataz TiO2 ve elementel gümüş formunda olduklarını göstermiştir. EDS analizleri tozların yapısında TiO2 ve elementel gümüş olduğunu doğrulamıştır. Elde edilen nanopartiküllerle fotokatalitik, antifungal, antibakteriyel ve elektriksel özellikleri ile uygulama yapılmıştır. Fotokatalitik parçalanma için model molekül olarak tekstil endüstrisinde çokça kullanılan indigo mavisi seçilmiş ve bunun içinde bir akvaryum sistemi tasarlanmıştır. Seramik boncukların yüzeyi daldırma tekniği ile kaplanarak uzun dalga boylu UV ışığı (365 nm) altında fotokatalitik performansı incelenmiştir. Sonuç da Ag dop edilmiş TiO2 kaplı seramik boncukların katkısız TiO2 kaplı seramik boncuklara kıyasla UV ışın altında indigo mavisi boyar maddesine karşı daha iyi fotokatalitik performans sergilediği gözlemlenmiştir. Tozların antibakteriyel etkinliği, MIC difüzyon yöntemi ve model bakteri olarak Escherichia coli ATCC 25922 ve Staphylococcus aureus ATCC 25923 bakterileri kullanılarak araştırılmıştır. Antifungal performans için ise Aspergillus parasiticus NRRL 465 küfü üzerinde çalışma yapılmıştır. İletkenlik özelliklerini incelemek için tozların doğru akım ve alternative akım elektriksel ölçümleri yapılmıştır. İletkenlik ölçümlerinden tozların potansiyel uygulama alanı belirlenmiştir.

Abstract:
There are many studies for enviromental applications due to the high chemical activities of phototocatalysts. Nano sized TiO2 is one of the most widely used photocatalyst of the working photocatalysts. The nano-sized TiO2 has found extensive applications for removing organic pollutants from air and water and also in hydrogen production from ionisation of water.The use of nano-sized TiO2 is popular because of its low cost, low toxicity, high chemical and thermal stability. But, one of the critical limitations of TiO2 as photocatalyst is its poor response to visible light.In the most of studies, TiO2 is used to enhance its activity in the visible light region such as adding transition metal, metal ion loading, cationic and anionic doping and sensitisation, in the recent years.Surface modifiers are improving photocatalytic activities of TiO2 by effecting in two ways:
1- By preventing recombine of loaded particles
2- By increasing the used wavelength range
To improve fotocatlytic activity metals such as Pt, Au, Ag, Zn, Cu, Mn, Mg, Fe, Sn should be doped on TiO2.The Ag metal out of doping metals is used to disinfect both air and water due to its good disinfection property.The main purpose of this study is doping of nano sized silver particules on semiconductor TiO2 that is one of the semiconducter oxide used mostly in the studies on developing tecnologies with drastic changes in the field of environmental purification and energie production. The use of Nano sized silver particules inceases day by day especially in the area of medical andcosmetic sector and in biosensor applications due to their various properties. The silver is added into TiO2 sol at different concentrations, and surfactants is used together with reducing agents polyethyleneglycole, ascorbic acid, sodyum bor hydride and hydrazine and the change of the structure is investigated.The TiO2 photocatalyst was synthesized by the hydrotermal route. The morphological surface structure and the structure of the photocatalyst were evaluated by scanning electron microscopy (SEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area measurements, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), TEM and x-ray diffraction (XRD).SEM results show the synthesized particles have spherical morphology.XRD studies indicate the form of the synthesized powder by the thermal route at 180°C, as anatase TiO2 and elemental silver form.The EDS spectrum confirm that the anatase TiO2 and elemental Ag are in the structure of the powder. The photocatalytic, antifungal, antibacterial and conductivity properties of the obtained nano-sized powders were studied.The indigo blue dye, which is used widely in the textie industry, is used as model molecule for photocatalytic degradation and aquarium system was designed.Photocatalytic performance of the coated ceramic beads was investigated under long wavelength uv ligth (365 nm). Dipping technique was used to coat the surfaces of the ceramic beads . The ceramic beads coated with Ag-doped TiO2 indicate better photocatalytic performance under UV light against the indigo blue dye comparing to the ceramic beads that coated with undoped TiO2.The antimicrobial activity of powder was investigated against both Escherichia coli ATCC 25922 and Staphylococcus aureus ATCC 25923 bacteria and MIC diffusion method was performed.To investigate the antifungal activity of powders Aspergergilus parasiticus NRRL 465 fungus was used.For conductivity , they are measured in AC and DC electricity. By conductivity measures , the best conductive powder has been identified.