Kimyasal ve yeşil sentezle üretilmiş kobalt - nikel nanoalaşımların üretimi, karakterizasyonu ve çimento harç katkısı olarak kullanımının araştırılması
Production and characterization of cobalt - nickel nanoalloys produced by chemical and green synthesis and investigation of their use as cement mortar additives
Yazar: EMRE KARADUMAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET BURÇİN PİŞKİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Nanoalaşımlar, nanometre ölçeğinde (1-100 nm) metalik bileşenlerin bir araya getirilmesiyle elde edilen malzemelerdir. Bu malzemeler, üstün mekanik, elektriksel, termal ve manyetik özellikler sergilemeleri nedeniyle bilimsel araştırmalarda ve endüstriyel uygulamalarda büyük ilgi görmektedir. Bu tez çalışmasında da kobalt ve nikel bazlı nanoalaşımların çimento harç uygulamalarında katkı maddesi olarak kullanımları değerlendirilmiştir. Bu kapsamda, kimyasal sentez ve yeşil sentez metotlarıyla ayrı ayrı sentezlenen farklı kompozisyonlardaki nanoalaşım yapıları çimento harç uygulamasında katkı maddesi olarak ilk kez denenmiştir. Kimyasal sentez metodu ile, CoCl2 ve NiCl2 metalik tuz çözeltileri, ayrı ayrı olarak hacimce 1:1, 1:2 ve 2:1 oranlarında karıştırılarak öncül metalik tuz çözelti karışımı elde edilmiş ve sonrasında ise NaBH4 ile indirgenerek nanoalaşımlar elde edilmiştir. Yeşil sentez metodu ile ise kullanılan metalik tuz çözeltileri ve genel deneysel prosedür aynı olmasına karşın, indirgeyici ve stabilizasyon ajanı olarak sarı kantaron (St. John's Wort) sulu ekstraktı kullanılmıştır. İki metottan da elde edilen kompleks yapılar UV-Vis Spektroskopisi, X-Işını Kırınım Analizi, Alan Emisyon Taramalı Elektron Mikroskobu, Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopisi ve Dinamik Işık Saçılımlı Parçacık Boyutu Analizörü ile karakterize edilmiş, kullanım potansiyellerinin daha da arttırabilmesi için antimikrobiyal özellikleri incelenmiştir. Nanoalaşımların katkı olarak kullanım etkileri ise her bir nanoalaşımın, ayrı ayrı, üç farklı oranda çimento harcına eklenmesiyle incelenmiştir. Bu incelemeler, harcın eğilme ve basınç dayanımları, priz süre ölçümleri ve durabilite testleri olan karbonatlaşma derinliği ve klor geçirgenliği üzerinden yapılmıştır. Sonuçlar, kimyasal sentez nanoalaşımların amorf yapıda küçük ve homojen dağılımlı olduğunu; yeşil sentez kompleklerinin ise stabilizasyon etkisi sayesinde kimyasal yola göre elde edilen yapılardan daha kristal yapıda olduğunu göstermiştir. Harç uygulamalarında ise, kullanılan miktarın, nanoalaşım türünden bağımsız olarak, harcın bütün özelliklerinde doğrudan etkili olduğu görülmüştür. Bütün numunelerde priz alma sürelerinde artış görülmüştür. %2 CN numunesi en yüksek basınç (49,10±1,19 MPa) ve eğilme (8,19±0,20 MPa) dayanımlarını sergilerken, %1 CN2 numunesi ise diğer numunelerle karşılaştırıldığında en düşük karbonatlaşma derinliğini (2,95±0,35 mm) göstermiştir. Sonuç olarak, ilgili nanoalaşım yapılarının uzak bölgelerde nakliye problemleri ve hava şartlarının olumsuz olduğu dökümlerde dayanımdan kayıp olmaksızın kullanılabildiği ve bu özelliklerden faydalanılarak hastane, okul veya toplu kullanıma uygun binaların yapılabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
The use of cobalt and nickel based nanoalloys as additives in cement mortar applications has been evaluated. In this context, nanoalloy structures in different compositions, synthesized separately by chemical synthesis and green synthesis methods, were tested for the first time as additives in cement mortar application. In the chemical synthesis method, CoCl2 and NiCl2 metallic salt solutions were mixed separately by valoume at 1:1, 1:2 and 2:1 ratios to obtain a precursor metallic salt solution mixture, and then nanoalloys were obtained by reducing them with NaBH4. In the green synthesis method, although the metallic salt solutions used and the general experimental procedure were the same, St. John's Wort aqueous extract was used as a reducing and stabilizing agent. The complex structures obtained from both methods were characterized by UV-Vis Spectroscopy, X-Ray Diffraction Analysis, Field Emission Scanning Electron Microscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy and Dynamic Light Scattering Particle Size Analyzer. The effects of using nanoalloys as additives were examined by adding each nanoalloy separately to the cement mortar at three different rates. These examinations were carried out on the bending and compressive strengths of the mortar, setting time measurements and durability tests, namely carbonation depth and chlorine permeability. The results showed that the chemically synthesized nanoalloys were small in amorphous structure and homogeneously distributed; it has been shown that the green synthesis complexes have a more crystalline structure than the structures obtained by the chemical route, thanks to the stabilization effect. In mortar applications, it has been observed that the amount used has a direct effect on all properties of the mortar, regardless of the type of nanoalloy. An increase in setting times was observed in all samples. While the 2% CN sample exhibited the highest compressive (49.10±1.19 MPa) and bending (8.19±0.20 MPa) strengths, the 1% CN2 sample showed the lowest carbonation depth (2.95±0.35%) compared to other samples. .35 mm) showed. As a result, it is thought that the relevant nanoalloy structures can be used in castings in remote areas with transportation problems and adverse weather conditions without loss of strength, and by taking advantage of these properties, buildings suitable for hospitals, schools or public use can be built.