Sanayi atıklarından çinko oksit nanopartiküllerin biyosentezi, karakterizasyonu ve uygulama alanları
Biosynthesis, characterization and application areas of zinc oxide nanoparticles from industrial wastes
Yazar: KAAN ŞENDAL
Danışman: PROF. DR. MAHMURE ÖZGÜR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Anorganik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Günümüzde metal ve metal oksit nanopartiküllerin biyosentezi birçok araştırmacı tarafından büyük ilgi görmektedir. Nanopartiküllerin bitkiler, mikroorganizmalar, algler ve enzimler kullanılarak biyolojik olarak üretilmesini sağlayan bu çevre dostu sentez metodu toksik kimyasalların kullanımını en aza indirerek ve sulu ortamda işlemler yaparak atık oluşumunu azaltmaya teşvik etmesiyle, toksik kimyasallar içeren ve çevreye zararlı toksik ara ürünler üreten geleneksel fiziksel ve kimyasal yöntemlere alternatif olarak ön plana çıkmaktadır.
Bu tez çalışmasında indirgeyici ajan olarak enginar yapraklarının sulu ekstresi (EYSE) kullanılarak çinko oksit nanopartiküllerin (ZnO-NP) biyosentezi gerçekleştirilmiştir. Sentez çalışmasında gıda endüstrisinde konservesi üretilen enginar bitkisinin atık kısmı olan ve yüksek miktarda polifenol bileşen içeren yaprakları kullanılarak endüstriyel bir atığın değerlendirilmesi sağlanmıştır. Farklı koşullarda [(EYSE /Zn(CH3COO)2 hacim oranı: 1/1, 1/1.5, 1/2, 1/3, 1/4 ve 1/5), (reaksiyon pH değeri: pH 6, pH 8, pH 10 ve pH 12) ve (reaksiyon sıcaklığı: 25, 40, 60 ve 80 ˚C)] gerçekleştirilen sentez çalışmaları ile EYSE /Zn(CH3COO)2 hacim oranı, reaksiyonun pH değeri ve reaksiyon sıcaklığının ZnO-NP'lerin biyosentezine etkileri incelenmiştir. Belirlenen optimum koşullarda biyosentezi gerçekleştirilen ZnO-NP'ler farklı sıcaklıklarda (100, 200, 300, 400 ve 500 ˚C) kalsine edilerek kalsinasyon sıcaklığının ZnO-NP'lerin boyutuna etkisi araştırılmıştır. Sentezlenen ZnO-NP'ler UV-Vis, FTIR, SEM, SEM-EDS ve DLS analizleri ile karakterize edilmiştir. Zeta potansiyeli ve izoelektronik nokta analizleri ile ZnO-NP'lerin kolloidal sistemlerdeki fiziksel stabilitesi incelenmiştir. Metilen mavisi (MM), basic yellow 28 (BY 28) ve basic violet 39 (BV 39) boyar maddeleri kullanılarak UV ışık ve gün ışığı altında gerçekleştirilen fotokatalitik aktivite belirleme çalışmaları ile ZnO-NP'lerin fotokatalizör olarak kullanımı araştırılmıştır. Gerçekleştirilen fotokatalitik aktivite belirleme çalışmalarında farklı koşullar [(reaksiyon pH değeri: pH 5, pH 7, pH 9 ve pH 11), (ZnO-NP miktarı: 0.02, 0.04, 0.06 ve 0.1 g) ve (başlangıç boya konsantrasyonu: 5, 10, 15, 20 ve 25 ppm)] uygulanarak reaksiyonun pH değeri, fotokatalizör (ZnO-NP) miktarı ve başlangıç boya konsantrasyonunun MM, BY 28 ve BV 39 boyar maddelerinin fotodegredasyonu üzerindeki etkisi incelenmiştir. Demir (III) iyonu indirgeyici antioksidan gücü (FRAP) ve DPPH serbest radikal süpürme aktivitesi tayin yöntemleri uygulanarak yapılan antioksidan aktivite belirleme çalışmaları ile ZnO-NP'lerin antioksidan olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Sulu ve etanollü bitki ekstrelerinin ve sentezlenen ZnO-NP'lerin antioksidan özellikleri sentetik antioksidanlar (BHA ve BHT) ve doğal antioksidan olan E vitamininin antioksidan aktiviteleri ile karşılaştırılarak sonuçlar irdelenmiştir. Enginar yaprağının sulu ve etanollü ekstrelerinin fenolik madde içeriği ve sentezlenen ZnO-NP'lerin fenolik bileşik içerip içermediği ise Folin Ciocalteu yöntemi uygulanarak yapılan çalışmalar ile belirlenmiştir. Gram negatif E. coli DH10B ve gram pozitif S. aureus RN4220 bakterilerine karşı agar kuyucuk difüzyon metodu uygulanarak gerçekleştirilen çalışmalarla ise ZnO-NP'lerin antibakteriyel ajan olarak kullanımı araştırılmıştır.

Abstract:
Nowadays, biosynthesis of metal and metal oxide nanoparticles is of great interest by many researchers. This eco-friendly synthesis method, which enables the biological production of nanoparticles using plants, microorganisms, algae and enzymes, comes to the fore as an alternative to traditional physical and chemical methods that contain toxic chemicals and produce environmentally harmful toxic intermediates. This method minimizes the use of toxic chemicals and encourages the users to reduce waste formation by making transactions in aqueous environment.
In this thesis, the biosynthesis of zinc oxide nanoparticles (ZnO-NP) was carried out by using aqueous extract of artichoke leaves (EYSE) as a reducing agent. In the synthesis study, an industrial waste was evaluated using leaves containing high amount of polyphenol components which are factory waste of artichoke used in canning in the food industry. The effects of EYSE / Zn (CH3COO)2 volume ratio, reaction pH value and reaction temperature on the biosynthesis of ZnO-NPs were investigated with synthesis studies carried out under different conditions [(EYSE /Zn(CH3COO)2 volume ratio: 1/1, 1/1.5, 1/2, 1/3, 1/4 and 1/5), (reaction pH value: pH 6, pH 8, pH 10 and pH 12) and (reaction temperature: 25, 40, 60 and 80 ˚C)]. The ZnO-NPs biosynthesized under the determined optimum conditions were calcined at different temperatures (100, 200, 300, 400 and 500 ˚C) and the effect of calcination temperature on the size of ZnO-NPs was investigated. Synthesized ZnO-NPs were characterized by UV-Vis, FTIR, SEM, SEM-EDS and DLS analyzes. Physical stability of ZnO-NPs in colloidal systems was investigated by zeta potential and isoelectronic point analysis. The use of ZnO-NPs as photocatalyst was investigated with photocatalytic activity determination studies performed under UV light and daylight by using methylene blue (MB), basic yellow 28 (BY 28) and basic violet 39 (BV 39) dyes. In the photocatalytic activity determination studies, the effect of pH value of reaction, photocatalyst (ZnO-NP) amount and initial dye concentration on photodegradation of MM, BY 28 and BV 39 dyestuffs were investigated by applying different conditions [(pH value of reaction: pH 5, pH 7, pH 9 and pH 11), (ZnO-NP amount: 0.02, 0.04, 0.06 and 0.1 g) and (initial dye concentration: 5, 10, 15, 20 and 25 ppm)]. The use of ZnO-NPs as antioxidant was investigated by antioxidant activity determination studies using iron (III) ion reducing antioxidant power (FRAP) and DPPH free radical scavenging activity methods. The antioxidant activities of the aqueous and ethanolic extracts of the artichoke leaves and the synthesized ZnO-NPs were compared with the antioxidant activities of the synthetic antioxidants (BHA and BHT) and natural antioxidant vitamin E. The phenolic content of the aqueous and ethanolic extracts of the artichoke leaf and whether the synthesized ZnO-NPs contain phenolic compounds were determined by the studies performed by applying the Folin Ciocalteu method. The use of ZnO-NPs as antibacterial agent was investigated with the studies performed by applying agar well diffusion method against gram negative E. coli DH10B and gram pozitive S. aureus RN4220 bacteria.