Yaş kimyasal yöntem ile anataz sentezi ve karakterizasyonu
Anatase synthesis and characterization by wet chemical method
Yazar: OLCAY ENGİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZHAN AVCIATA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Fotokatalitik = Photocatalytic ; Hidrotermal = Hydrothermal ; Nanokristaller = Nanocrystals ; Sentez = Synthesis ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide

Özet:
Nano boyutlu TiO2 tozları, atık sulardaki zararlı kimyasalları parçalayarak çevresel arıtma amaçlı kullanılan önemli fotokatalistlerden birisidir ve kristal fazları anataz, brukit ve rutildir. TiO2'in anataz formu çevresel arıtmada fotokatalizör, gaz sensörü, pigment ve katalizör olarak kullanımı öne çıkmaktadır.
Çevresel arıtma ve enerji üretiminde büyük yeniliklerle gelişen teknolojilerde titanyum dioksit en çok araştırılan yarıiletken oksitlerden birisi olmuştur. Havadaki ve sudaki organik kirlilikleri ortadan kaldırmak ve suyun iyonlarına ayrıştırılıp hidrojen elde edilmesi gibi pek çok uygulamada fotokatalizör olarak geniş kullanım alanı bulunmaktadır. Aynı özellikteki diğer malzemelerle kıyaslandığında daha ucuz maliyeti, düşük toksisitesi, yüksek sıcaklığa ve kimyasallara karşı direnci nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, TiO2'in ışığa duyarlılığı, fotokatalizör özelliği için sınırlayıcı bir faktördür. Pek çok araştırmada TiO2'in görünür ışıkta gösterdiği etkiyi artırmak, elektroniksel özelliklerini ve yüzey yapısının özelliklerini geliştirmek amaçlı soy metal ilavesi, metal iyon yükleme, katyonik ve anyonik doplama gibi prosesler uygulanmaktadır. Çalışmaların önemli bir kısmında görünür ışığa maruz bırakıldığında fotokatalitik etkisinin artması sağlanmıştır. Bu çalışmalarda fotokatalitik, biyomedikal ve elektrokatalitik uygulamalarda kullanma maksadıyla nano yapılı titanyum dioksit hazırlanması, nano boyutlu bir yapı elde etmek için yüzey kaplama işleminde sol-jel yöntemi esas alınmıştır.
Katıldığı ortamdaki substratın kimyasal dönüşümünü hızlandıran kendisinin değişmediği maddeye kataliz denmektedir. Bu dönüşümün ışık ile gerçekleşiyorsa buna fotokatalizlenme denilmektedir. Pek çok farklı kullanım alanı olan katalist çeşidi bulunmaktadır. Bu türlerden en önemli olan heterojen kirleticilerin bulunduğu atık su temizlenmesidir. 
Bu çalışmada, fotokatalitik özellik gösteren TiO2'in anataz formdaki toz hali 200 °C sıcaklıkta 2 saat süreyle asit kullanmadan hidrotermal yöntem ile nano kristal boyutlu olarak sentezi gerçekleştirildi. Sentezlenen malzemeye ait hem fiziksel hem de kimyasal özelliklerin karakterizasyonu XRD, EDS ve SEM analizleriyle gerçekleştirildi. Sentezlenen nanokristal boyutlu TiO2 tozunun fotokatalitik özellikleri incelendi. Belirlemiş zaman aralıklarında alınan örneklerin analiz edilmesiyle, metilen mavisi ve nötral kırmızı tekstil boyar madde çözeltileri UV ışığına maruz bırakılarak parçalandı ve konsantrasyonu azalma gösterdi.

Abstract:
Nanocrystalline TiO2 powders are one of the important photocatalysts used for environmental treatment by breaking down harmful chemicals in wastewater and its crystal phases are anatase, brookite and rutile. The anatase form of TiO2 stands out as a photocatalyst, gas sensor, pigment and catalyst in environmental treatment.
Titanium dioxide has been one of the most studied semiconductor oxides in technologies that have developed with great innovations in environmental treatment and energy production. It has a wide range of use as a photocatalyst in many applications such as removing organic pollutants in the air and water and separating water into ions to obtain hydrogen. It is widely used due to its cheaper cost, low toxicity, resistance to high temperature and chemicals compared to other materials with the same properties. However, the photosensitivity of TiO2 is a limiting factor for its photocatalyst property. In many researches, processes such as noble metal addition, metal ion loading, cationic and anionic doping are applied in order to increase the effect of TiO2 in visible light and to improve its electronic properties and surface structure properties. In a significant part of the studies, the photocatalytic effect increased when exposed to visible light. In these studies, the preparation of nano-structured titanium dioxide for use in photocatalytic, biomedical and electrocatalytic applications, and the sol-gel method in the surface coating process to obtain a nano-sized structure.
The substance that does not change itself, which accelerates the chemical transformation of the substrate in the environment in which it is added, is called catalysis. If this transformation takes place with light, it is called photocatalysis. There are many types of catalysts that have many different uses. The most important of these types is wastewater treatment, which contains heterogeneous pollutants. 
In this study, the anatase powder form of TiO2, which has photocatalytic properties, was synthesized in nanocrystalline form by applying the hydrothermal method without acid at 200 °C for 2 hours. The characterization of both physical and chemical properties of the synthesized material was carried out with XRD, EDS and SEM analyzes. The photocatalytic properties of the synthesized nanocrystalline TiO2 powder were investigated. By analyzing the samples taken at specified time intervals, the methylene blue and neutral red textile dyestuff solutions were decomposed by exposure to UV light and its concentration decreased.