SiO2, TiO2, ZnO ve Ag  katkılı manyetik çekirdek-kabuk  yapılı nanokompozit katalizörlerin üretimi, karakterizasyonu, fotokatalitik ve antibakteriyel aktivitelerinin incelenmesi
Production and characterization of SiO2, TiO2, ZnO ve Ag  doped magnetic core-shell nanochomposite catalysts, investigation of their photocatalytic and antibacterial activities
Yazar: HAKAN KIZILTAŞ
Danışman: PROF. DR. TANER TEKİN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Çekirdek-kabuk yapılı malzemeler, kimyasal stabilizeye, yüksek etkinliğe, düşük maliyete ve büyük yüzey alanına sahip olduğundan katalizör olarak kullanılmaya oldukça elverişlidirler. Bu tez kapsamında, Fe3O4, Fe3O4@SiO2, Fe3O4@SiO2@TiO2, Fe3O4@SiO2@ZnO, Fe3O4@SiO2@TiO2-Ag ve Fe3O4@SiO2@ZnO-Ag nanokompozit katalizörleri sentezlenmiştir. Sentezlenmiş olan nanokompozitlerin yapısal özelliklerinin incelenebilmesi için TEM, SEM-EDS, XRD, FT-IR, BET ve optik özelliklerinin incelenebilmesi için UV-Vis ve Dönüşümlü Voltametri analizlerinden faydalanılmıştır. Sentezlenen nanokompozitlerin fotokatalitik ve antibakteriyel özellikleri incelenmiştir. 
Nanokompozitlerin sentezi dört aşamadan oluşmaktadır. İlk olarak, solvotermal yöntem yardımıyla Fe3O4 nanopartikülleri sentezlenmiştir. İkinci aşamada, üretilmiş olan Fe3O4 nanopartiküllerin yüzeyi SiO2 ile Stöber metodu yardımıyla kaplanarak Fe3O4@SiO2 nanokompozitleri üretilmiştir. Üçüncü aşamada hidrotermal yöntem yardımıyla Fe3O4@SiO2@TiO2 ve Sol-jel yöntemi yardımıyla Fe3O4@SiO2@ZnO nanokompozitleri sentezlenmiştir. Son aşamada ise, sentezlenmiş olan Fe3O4@SiO2@TiO2 ve Fe3O4@SiO2@ZnO nanopartikülleri sol-jel yöntemi yardımıyla Ag ile katkılanarak Fe3O4@SiO2@TiO2-Ag ve Fe3O4@SiO2@ZnO-Ag nanokompozitleri elde edilmiştir. Elde edilen nanopartiküllerin ortalama çapları TEM ve SEM analizleri yardımıyla sırasıyla 210, 220, 240, 230, 255 ve 235 nm olarak belirlenmiştir. XRD analizleri yardımıyla sentezlenmiş olan nanokompozitlerin içerikleri birebir olarak her bir malzemenin karakteristik piklerini gösterdiği ve UV-Vis ölçümleri ile yasak enerji bant aralıkları belirlenmiştir. Dönüşümlü voltametri ölçümleriyle 1,95 mA/cm2'lik en yüksek akım yoğunluğu ve BET analizleriyle 697 m2/g'lık en büyük yüzey alanı değerine sahip nanokompozitin Fe3O4@SiO2@TiO2-Ag olduğu tespit edilmiştir. 
Nanokompozitlerin kesikli reaktörde fotokatalitik aktivitelerini ölçmek amacıyla 20ppm'lik Acid Blue 161 boya çözeltisindeki bozunma incelenmiştir ve en iyi giderim gösteren Fe3O4@SiO2@TiO2-Ag nanokompozit fotokatalizörü boyanın tamamını 90-105 dk içerisinde parçalamıştır. Nanokompozitlerin antibakteriyel aktivitelerinin belirlenebilmesi için Escherichia coli'ye karşı antibakteriyel davranışları değerlendirilmiş ve en iyi antibakteriyel aktiviteyi bakteri sayısında %99,2 oranında azalmayı sağlayan Fe3O4@SiO2@TiO2-Ag nanokompozitleri olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Core-shell materials are highly suitable for use as catalysts since they have the chemical stability, high activity, low cost and large surface area. In this thesis, Fe3O4, Fe3O4@SiO2, Fe3O4@SiO2@TiO2, Fe3O4@SiO2@ZnO, Fe3O4@SiO2@TiO2-Ag and Fe3O4@SiO2@ZnO-Ag nanocomposite catalysts have been synthesized. In order to examine the structural properties of the synthesized nanocomposites, TEM, SEM-EDS, XRD, FT-IR were used. The BET, UV-Vis and Voltammetry analyzes were used to examine their optical properties. The photocatalytic and antibacterial properties of the synthesized nanocomposites have been investigated.
The synthesis of nanocomposites consists of four steps. Firstly, Fe3O4 nanoparticles were synthesized by solvothermal method. In the second step, Fe3O4@SiO2 nanocomposites were produced by coating the surface of the produced Fe3O4 nanoparticles with SiO2 with the aid of the Stöber method. In the third step, Fe3O4@SiO2@TiO2 and Fe3O4@SiO2@ZnO nanocomposites was synthesized by hydrothermal and sol-gel method, respectively. In the last step, the synthesized Fe3O4@SiO2@TiO2 and Fe3O4@SiO2@ZnO nanoparticles were doped with Ag particles by the sol-gel method, and Fe3O4@SiO2@TiO2-Ag and Fe3O4@SiO2@ZnO-Ag nanocomposites were obtained. The average diameters of the obtained nanoparticles by TEM and SEM analyzes were determined as 210, 220, 240, 230, 255 and 235 nm, respectively. The contents of the nanocomposites synthesized by XRD analyzes showed that the nanocomposites showed the characteristic peaks of each material and their band gap of forbidden energies were determined by UV-Vis measurements. the nanocomposite Fe3O4@SiO2@TiO2-Ag with the largest surface area value of 697 m2/g and highest current density of 1.95mA/cm2 determined by BET and voltammetry measurements.
In order to measure the photocatalytic activity of the nanocomposites in the batch reactor, the degradation in the 20 ppm Acid Blue 161 dye solution was investigated and the best removal of Fe3O4@SiO2@TiO2-Ag nanocomposite photocatalyst degraded the dye completely within 90-105 minutes.  To determine the antibacterial activities of nanocomposites antibacterial behavior against Escherichia coli was assessed and the best antibacterial activity was determined to be Fe3O4@SiO2@TiO2-Ag nanocomposites, which resulted in a 99.2% reduction in the number of bacteria.