Yeşil sentez yöntemi ile grafen temelli ZnO nanokompozitlerin sentezi, karakterizasyonu, U(VI) ve Th(IV) iyonlarının giderimi için etkinliğinin araştırılması
Synthesis, characterization of graphene-based ZnO nanocomposites by the green synthesis method and investigation of the efficiency of the removal of U(VI) and Th(IV) ions
Yazar: İKBAL GÖZDE KAPTANOĞLU
Danışman: PROF. DR. SABRİYE YUŞAN ; DOÇ. DR. ÜMİT HÜSEYİN KAYNAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İleri Malzemeler ve Teknolojileri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption

Özet:
Nükleer teknolojinin gelişimi ile birlikte nükleer enerji üretiminden veya atık işleme sahalarındaki faaliyetlerden kaynaklanan radyoaktif kirliliklerin yönetilmesi, meydana gelebilecek olası bir nükleer kaza durumunda radyonüklitlerin uygun bir şekilde bertaraf edilmesi gerekliliği, finansal yükü, insan sağlığı ve çevreye karşı olumsuz etkileri sebebi ile kritik bir öneme sahiptir. Nükleer teknolojide sıklıkla kullanılan, radyoaktif bir element olan uranyum ve toryum gibi ağır metallerin düşük konsantrasyon seviyelerinde bile sulara karışması durumunda toksik etkileri vardır ve ekosisteme dahil olmaları durumunda ekolojiyi ve sağlığı tehdit eden problemlere neden olabilmektedir. Bu nedenle, sulara karışarak kontaminasyona sebep olan ve toksik etki gösteren radyonüklitlerin giderilmesi oldukça önemlidir. Radyonüklitlerin sulardan giderimi için kullanılan yöntemlerden biri olan adsorpsiyon etkili, ekonomik ve ilave ekipman gerektirmemesi ile avantajlı bir yöntemdir. Ancak, adsorpsiyon sürecinin daha etkin ve az maliyetli bir hale getirmek için, ekonomik, çevre dostu adsorbanların geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır.
Bu tez çalışmasında; kontamine olmuş yüzey ve yeraltı sularından uranyum (U(VI)) ve toryum (Th(IV)) iyonlarının giderimi için etkin ve çevre dostu adsorbanların geliştirilebilmesi amacıyla grafen temelli çinko oksit nanokompozit malzemeler sentezlenerek, adsorpsiyon sürecinde etkinliği incelenmiştir. Tez çalışması kapsamında, çevre dostu yeşil yöntemler ile grafen oksit (GO), indirgenmiş grafen oksit (rGO), çinko oksit (ZnO) ve grafen temelli çinko oksit nanokompozitler (GO-ZnO ve rGO-ZnO) sentezlenmiş, karakterizasyon çalışmalarının yapılmış ve bu malzemelerin bir adsorban olarak sulu ortamlardan U(VI) ve Th(IV) iyonlarının giderilmesi için optimum proses koşullarının tespiti için deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Adsorpsiyon prosesinin çeşitli izoterm modellerine uygunluğu araştırılmış, adsorpsiyonun kinetik ve termodinamik özellikleri belirlenmiştir. Grafen temelli çinko oksit nanokompozitler ile desorpsiyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
With the development of nuclear technology, the management of radioactive pollution arising from nuclear energy production or activities in waste processing areas has critical importance due to the necessity of proper disposal of radionuclides in the event of a possible nuclear accident, financial burden, negative effects on human health and the environment. Heavy metals such as uranium and thorium, which are radioactive elements that are frequently used in nuclear technology, have toxic effects even at low concentration levels, if they are included in the ecosystem, and can cause problems that threaten ecology and health. For this reason, it is very important to remove radionuclides that cause contamination and have toxic effects by mixing with water. Adsorption, which is one of the methods used for the removal of radionuclides from water, is an effective, economical and advantageous method because it does not require additional equipment. However, there is a need to develop economical, environmentally friendly adsorbents to make the adsorption process more efficient and less costly.
In this thesis, graphene-based zinc oxide nanocomposite materials were synthesized and their efficiency in the adsorption process was investigated in order to develop effective and environmentally friendly adsorbents for the removal of uranium (U(VI)) and thorium (Th(IV)) ions from contaminated surface and ground waters.
Within the scope of the thesis study, graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), zinc oxide (ZnO) and graphene-based zinc oxide nanocomposites (GO-ZnO and rGO-ZnO) were synthesized using environmentally friendly green methods, their characterization and experimental studies were carried out to determine the optimum process conditions for the removal of U(VI) and Th(IV) ions from aqueous media as an adsorbent of these materials. The suitability of the adsorption process to various isotherm models was investigated, and the kinetic and thermodynamic properties of adsorption were determined. Desorption studies were carried out with graphene-based zinc oxide nanocomposites.