Grafitik karbon nitrür ve bor nitrür içeren kompozit yapıların hazırlanması; çevre ve enerji uygulamaları
Preparation of composite structures containing graphitic carbon nitride and hexagonal boron nitride; environmental and energy applications
Yazar: BUSE SERT
Danışman: PROF. DR. KASIM OCAKOĞLU
Tarsus Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Atık su arıtma = Waste water treatment ; Bor nitrür = Boron nitride ; Enerji depolama = Energy storage ; Kondansatör = Capacitor ; Membran filtrasyon tekniği = Membrane filtration technique ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Yarı iletkenler = Semiconductors

Özet:
Yarı iletken nanokompozit malzemeler son yıllarda çevresel iyileştirme ve enerji uygulamaları için yoğun ilgi görmektedir. Bu tez çalışması kapsamında nanamalzeme katkılı membranlar ve süperkapasitörler üretilmiştir. Yüksek termal stabilitesi ve iyi dağılabilirlik, kimyasal kararlılık, elektriksel yalıtım özellikleri ve toksik olmamaları sebebiyle grafitik karbon nitrür (g-C3N4) ve bor nitrür kuantum noktalar (BNKN) bu uygulamalarda nanokompozit malzemelerin esas bileşenleri olarak kullanılmıştır. 
g-C3N4 ve BNKN üretimi sırasıyla sinterleme ve hidrotermal işlem ile gerçekleştirilmiştir. Nanomalzemelerin çevresel uygulamalarında, ağırlıkça % 0.5, % 1.0 ve % 2.0 g-C3N4 veya BNKN içeren polietersülfon (PES) membranlar (g-C3N4@PES, BNKN@PES) bir döküm ünitesinde üretilmiştir. Membranların saf su akı geçirgenlik performansı ile birlikte membran tıkanıklığını önleme ve kirlilik çalışmaları da araştırılmıştır. Hibrit membranların, saf PES membrandan daha iyi temizleme özelliği sergilediği görülmüştür.
Enerji uygulamalarında kullanılmak üzere, g-C3N4 veya BNKN içeren grafen elektrotlar hazırlanmıştır. Bu kapsamda, farklı miktarlarda alınan g-C3N4 veya BNKN (15 mg / 30 mg / 60 mg), indirgenmiş grafen oksit (rGO) (30 mg) ile hidrotermal işleme tabii tutularak, süperkapasitör uygulamalarında kullanılabilecek elektrotlar (g-C3N4@rGOH ve BNKN@rGOH) hazırlanmış ve uygun tekniklerle (XRD, SEM, CV, BET, ZETA) karakterize edilmiştir. Bu hibrit yapılardan üretilen elektrotların spesifik kapasitans değerleri, empedans eğrileri ve şarj/deşarj performansları elektrokimyasal teknikler ile analiz edilmiştir. g-C3N4@rGOH (30 mg/15 mg oranlarında) hazırlanan elektrotun 157.4 F g-1 spesifik kapasitans değeri ile en yüksek performansa sahip olduğu bulunmuştur. Eşit oranlarda hazırlanan BNKN@rGOH (30 mg/30 mg oranlarında) hibrit yapısından ise 207.25 F g-1 spesifik kapasitans değeri ile en yüksek performansa sahip olduğu bulunmuştur. Bu tez çalışmasından elde edilen sonuçlara göre; üretilen hibrit yapıların, çevre ve enerji uygulamalarında gelecek vaad ettiği görülmektedir.

Abstract:
Semiconductor nanocomposite materials have attracted intense interest for environmental remediation and energy applications in recent years. In this thesis, nanomaterial doped membranes and supercapacitors were produced. Graphitic carbon nitride (g-C3N4) and boron nitride quantum dots (BNKN) have been used as the main components of nanocomposite materials in these applications due to their high thermal stability and good dispersibility, chemical stability, electrical insulating properties and non-toxicity.
The production of g-C3N4 and BNKN was carried out by heating process and hydrothermal treatment, respectively. In environmental applications of nanomaterials, polyethersulfone (PES) membranes (g-C3N4 @PES, BNKN@PES) containing 0.5 %, 1.0 % and 2.0 % by weight g-C3N4 or BNKN were produced in a casting unit. Along with the pure water flux permeability performance of the membranes, membrane fouling prevention and pollution studies were also investigated. It has been observed that hybrid membranes to display better cleaning properties than pure PES membranes.
Graphene-based electrodes containing g-C3N4 or BNKN have been prepared for use in energy applications. In this context, electrodes (g-C3N4@rGOH ve BNKN@rGOH) that can be used in supercapacitor applications were prepared by hydrothermal treatment with reduced graphene oxide (rGO) (30 mg) of g-C3N4 or BNKN (15 mg / 30 mg / 60 mg), taken in different amounts, and with appropriate techniques (XRD, SEM, CV. BET, ZETA) were characterized. The specific capacitance values, impedance curves and charge/discharge performances of the electrodes produced from these hybrid structures were analyzed by electrochemical techniques. It was found that the electrode prepared g-C3N4@rGOH (at the ratio of 30 mg/15 mg) had the highest performance with a specific capacitance value of 157.4 F g-1. It was found that the hybrid structure of BNKN@rGOH (at the ratio of 30 mg/30 mg), prepared in equal proportions, had the highest performance with a specific capacitance value of 207.25 F g-1. According to the results obtained from this thesis study; It is seen that the hybrid structures produced are promising in environmental and energy applications.