Nano boyutta tio2 üretimi ve çeşitli katkı maddelerinin yüzey modifikasyonuna etkisi
Investigation and production of nano size tio2 and the effect of various addictives on the surface modification
Yazar: HÜLYA BAYRAKTAR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. EMEL AKYOL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya ve Süreç Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Küçük boyuttaki titanyum dioksit (TiO2) molekülleri genellikle nanoteknolojik araştırmalar ve özellikle kirliliği giderici özelliklerinden dolayı kozmetik, boya, gıda, cam, ilaç, tekstil sanayii gibi endüstrilerde geniş bir kullanım alanına sahiptir. Nano boyuttaki TiO2; fotokatalitik kaplamalı yüzeylerdeki bakteri, küf ve mantar oluşumunu engeller. Beton kaplama ve boyada TiO2 kullanılması; havadaki insan sağlığını tehdit eden uçucu organik bileşiklerin absorblanarak temiz bir hava oluşmasını sağlar. Nano TiO2; sol-gel, buhar faz-alevlenme, kimyasal buhar birikimi, yüksek sıcaklık oksitlenmesi, sıvı faz metotları gibi pek çok yöntemle sentezlenebilir. Bu çalışmada alev transferi ve titanyumtetraklorit (TiCl4) sulu çözeltilesinin hidrolizi yöntemleri kullanılmıştır. Bir alev oluşturulmasına dayanan alev transferi yöntemi ile küçük boyuttaki parçacıklar yüksek sıcaklığın etkisiyle mikrometal tozlarından ayrılır. TiCl4 sulu çözeltilesinin sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi ile hidrolizi; sıvı fazda TiO2'nin sentez yöntemlerindendir. Bu çalışmada çeşitli katkı maddelerinin varlığında nano titanyum dioksit (TiO2) parçacıkları sentezi amaçlanmıştır. Nano titanyum dioksit (TiO2) parçacıkları alkoksitlerin hidrolizi ve basit alev transferi sentez yöntemleri kullanılarak sentezlenmiştir. Polivinil butiral (PVB), alcinat (alginic asit) , polietilen glikol (PEG), Poliyakrilik asit (PAA), Polivinil sülfonik asit (PVSA), Polistirensülfonik asit (PSSA); farklı konsantrasyonlarda nano TiO2 büyümesinde etkili katkı maddeleri olarak seçilmiştir.
xiv
Sentez yöntemi ve koşullarının; katkı maddeleri ve konsantrasyonlarının titanyum dioksit parçacıklarının boyut ve morfolojisine etkilerinin incelenmiş ve ayrıca sentezlenen nano boyuttaki TiO2 örneklerinin fotokatalitik aktivitesi metilen mavisi çözeltisine UV(ultraviole) ışık uygulanmasıyla belirlenmiştir. Taramalı Elekron Mikroskopu (SEM), X-ray diffraksiyonu (XRD) ve FT-IR ölçümleri; sentezlenen TiO2'in morfolojik ve karakteristik özelliklerinin karakterizasyonu için kullanılmıştır. XRD ve FT-IR sonuçları ile rutil fazda titanyum dioksit (TiO2) sentezinin başarı ile gerçekleştiği doğrulanmıştır. SEM analizleri ile katkı maddelerinin ve üretim koşullarının titanyum dioksit (TiO2) parçacıklarının morfoloji, boyut ve topaklanma özelliklerinde etkili olduğu görülmüştür. Hidroliz ve kapalı fırında yakma yöntemlerinde en uygun morfolojide ve boyutta nano TiO2parçacıklarının oluşmasını Alcinat katkı maddesi sağlamıştır. UV ışığa maruz bırakılan nano TiO2 parçacıklarının fotokatalitik aktiviteleri takip edildiğinde, PVB katkı maddesi varlığında nano boyutta sentezlenen TiO2 parçacıklarının en iyi fotokatalitik aktiviteyi gösterdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Ultrafine size titanium dioxide (TiO2) molecules are used commonly in nanotechnological researches and industries such as paint, cosmetic, glass, drug, textile, food because of its many beneficial properties, especially reduction of pollution. Utilization of nanosize TiO2 prevents the bacteria, mold and fungi formation on the photocatalitic coated surfaces. The TiO2 coating on concrete and paint provides clean air by absorbing volatile organic compounds from air, which are threatening human health. And also nano TiO2 is used in the cosmetic industry, especially in anti-aging creams and sunscreen. Nano TiO2 can synthesize with many varied methods such as sol-gel, vapor phase-flame, chemical vapor deposition, high temperature oxidation, liquid phase methods. In this study the flame transport synthesis and aqueous titanium tetra chloride (TiCl4) solutions' hydrolysis methods have been used. The flame transport theory is based upon generating a flame and with this flame transport the ultrafine particles drop out from micrometal powders with the effect of high temperature. The hydrolisis of aqueous TiCl4 with sodium hydroxite (NaOH) is a synthesis method of TiO2 in the liquid phases.
The nanosize titanium dioxide (TiO2) particles were synthesized in the presence of varied additives. Polyvinyl butyral (PVB), alginate (alginic acid) , polyethylene glycol (PEG), Polyacrylic asid (PAA), Polyvinylsulfonic asid (PVSA), Polystrenesulfonic asid (PSSA) were selected as additives for the growth effect of nano TiO2 in different
xvi
concentration. The photocatalytic activity of synthesized nano size TiO2 samples were determined UV treatment with in a methylene blue solution. Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and FT-IR measurements were used for characterizing morphological and significate properties of synthesized TiO2. The results of XRD has been analysed and rutile TiO2 peaks have been located. The similar Ti-O peaks as in the literatüre have been seen at the FT-IR results of the prepared with alginate additives. TiO2 particules have photocatalytic activity with the threated of UV lights. Metilene blue consantration has been maximum decreased in first 10 minutes. Decreases of metilene blue concentration has been continued in the following minutes with the continuous threadment of UV lights. The results showed that the additives, temperatures and manufacturing TiO2 methods were effective on the size, phases structure and photocatalitic properties of TiO2 particles. Synthesis with hidrolysis and burn approach in muffle type furnace has better morphology and size of TiO2 particules with the alginate additive. However; TiO2 particules which has been synthesized with PVB additive, has showed more photocatalytic activity. Synthesizing high phptpcatalytic TiO2 nano particules can be obtained with PVB and alginate mixture in different concentrations with the smilar methods of this study.