Grafen türevleri içeren bakteriyel selüloz nanofiber kompozitlerin hazırlanması, sensör ve metal giderim uygulamaları
Preparation of bacterial cellulose nanofiber composites containing graphene derivatives for sensing and metal removal applications
Yazar: MANEL AZLOUK
Danışman: PROF. DR. HALUK BİNGÖL
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Ağır metal giderimi = Heavy metal removal ; Gaz sensörü = Gas sersor ; Grafen oksit = Graphene oxide ; Krom = Chromium ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Selüloz = Cellulose ; Su arıtma = Water treatment

Özet:
Bu tezde, grafen oksit ve fonksiyonlandırılmış grafen oksit bir biyopolimerik matris (bakteriyel selüloz) içine dahil edilerek çeşitli grafen oksit bazlı kompozit malzemeler hazırlanmıştır. Sentezlenen nanomalzemeler Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR), Raman spektroskopisi, termal gravimetrik analiz (TGA), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), geçirimli elektron mikroskobu (TEM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu  (AFM) ile karakterize edilmiştir. 
Hazırlanan kompozit nanomalzemeler için gaz algılama ve krom iyonu adsorpsiyonunda iki olası uygulama araştırılmıştır. İlk olarak, geniş yüzey alanı, elektriksel özellikleri ve mekanik kararlılıkları ile bilinen grafen türevlerinin uzaydaki dağılımını optimize etmek üzere bakteriyel selüloz matrisle kompozit edilmiş grafen membranın CO2, O2, etanol ve aseton ortamlarındaki gaz sensör performansları araştırılmıştır. Malzemelerin elektrik özellikleri ve dinamik gaz sensör ölçümleri sonucunda %20 grafen oksit katkılı kompozitin optimum hassasiyet, cevap ve toparlanma süreleri sunduğu tespit edilmiştir. Gaz sensör performanslarında grafen iskelet yüzeyindeki fonksiyonel gruplar etkili olup, özellikle polar ve hidrojen bağ imkânı sunan gazlara karşı kompozitlerin daha duyarlı olduğu tespit edilmiştir. Böylece etanol ve aseton gazlarının malzeme yüzeyinde farklı bölgelerde adsorbe olduğu ortaya konmuştur. 
Daha sonra, altı değerlikli kromun giderilmesinde fonksyonlandırılmış grafen oksit bazlı malzemeler kullanılmıştır. Cr(VI) adsorpsiyonunun optimal koşulları araştırmak için farklı deneysel şartlar sürekli ve kesikli yöntemler altında yapılmıştır. Daha sonra, kompozit malzemenin giderim yeteneklerini daha fazla araştırmak için tek kullanımlık şırıngalar kullanılarak bir kullanım noktası sistemi tasarlanmıştır.

Abstract:
In this thesis, various graphene oxide based composite materials were prepared by incorporating bare graphene oxide and functionalized graphene oxide into a bio polymeric matrix (bacterial cellulose). The synthesized materials were characterized by Fourier transformed infrared spectroscopy (FT-IR), Raman spectroscopy, thermal gravimetric analysis (TGA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM), Scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Two possible applications for the prepared nanomaterials in gas sensing and chromium filtration were explored. 
Firstly, in the present study, graphene composite derivatives known for their large surface area, electrical properties and mechanical stability, were combined in a bacterial cellulose matrix composite to optimize their distribution in space and to investigate their gas sensor performance in CO2, O2, ethanol and acetone environments. Thanks to the electrical properties and dynamic gas sensor measurements, it was determined that the composite with 20% graphene oxide offers optimum sensitivity, response and recovery times. Gas sensor performances are largely affected by the functional groups on the graphene surface. Composites are mostly sensitive to polar gases offering the possibility to make hydrogen bonds. It was shown that ethanol and acetone gases are adsorbed in different regions on the composite surface.
Afterwards, the functionalized graphene oxide based materials were used in the removal of hexavalent chromium Cr(VI). Batch experiments as well as experiments in a continous system were conducted to investigate the optimal conditions for the adsorption of Cr(VI). A point of use system was then designed using disposable syringes in order to further explore the removal abilities of the composite material.