Organo-modifiye karbon nanotüplerin sentezi, karakterizasyonu ve bazı uygulama alanları
Synthesis, characterization and some application areas of organo-modified carbon nanotubes
Yazar: ÜMİT ÇALIŞIR
Danışman: PROF. DR. BAKİ ÇİÇEK
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry

Özet:
Nanotüplerin yeni nesil birçok uygulama potansiyeli olması, nanotüpler üzerindeki kovalent modifikasyonların önemini ortaya koymaktadır. Nanotüplerin modifikasyonuyla çözünürlükleri artırılmakta ve uygulama alanları geliştirilebilmektedir. Çalışmamız kapsamında organo-modifiye çok duvarlı karbon nanotüpler (ÇDKNT) kovalent modifikasyonlarla sentezlenmiş ve çözünürlükleri artırılmıştır. Ayrıca fotolüminesans, metal zenginleştirme ve hidrojen depolama alanlarındaki uygulamaları araştırılmıştır.
İlk olarak ÇDKNT etilen glikol ve etilen glikol ditiyol türevleri, esterleşme/tiyoesterleşme üzerinden mikrodalga destekli yöntemle ve klasik yöntemle sentezlenmiştir. İkinci olarak ÇDKNT-COOH bileşiği ile tiyofenol, tiyadiazol, triazol grubu içeren amin türevleri, tris(2-aminoetilamin), tetraetilenpentaamin ve sentezlenen shiff bazlarının Steglich amit sentezi reaksiyonu ile türevleri sentezlenmiştir. Son olarak ÇDKNT'ler mikrodalga destekli reaksiyonla bromlanmıştır. Brom fonksiyonel grubu içeren ÇDKNT'ler, fenil, α-naftil, β-naftil ve 1-pirrenil boranik asit ile Suzuki-coupling reaksiyonu üzerinden aril sübstitüe ÇDKNT'ler sentezlenmiştir. Sentezleri gerçekleştirilen ÇDKNT türevlerinin tamamının yapısal karakterizasyonları, FT-IR, NMR, TGA ve TEM ile yapılmıştır.
Etilen glikol ve etilen glikol ditiyol modifiye ÇDKNT'ler, gümüş, kalsiyum, kobalt (II), krom (III), bakır (II), demir (III), potasyum, magnezyum, mangan (II), sodyum, kurşun (II) ve çinko (II) iyonlarını içeren sulu çözelti ortamından seçimli metal adsorpsiyonu incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre adsorbanlar, demir (III) ve krom (III) iyonlarını yüksek adsorpsiyon oranlarıyla çözelti ortamından uzaklaştırmışlardır. Ayrıca tiyol grubu ihtiva eden ÇDKNT'ler gümüş (I) iyonunu seçici olarak çözelti ortamından yüksek verimle adsorplamıştır. ÇDKNT, fenil, α-naftil, β-naftil ve 1-pirrenil grubu içeren bileşiklerin fotolüminesans özellikleri incelenmiştir. Aromatik halka sayısının artmasıyla fotolüminesans şiddetinin arttığı gözlenmiştir. ÇDKNT, trietilen glikol tiyol, fenil, β-naftil ve 1-pirrenil grubu içeren bileşiklerin hidrojen depolama kapasitesi incelendiğinde 1-pirenil karbon nanotüp türevinin en iyi hidrojen depoladığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
The fact that nanotubes have many new generation application potentials reveals the importance of covalent modifications on nanotubes. The modifications of nanotubes are increased their solubility and their application areas can be improved. In our study, organo-modified multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) were synthesized by covalent modifications and their solubility was increased. In addition, applications in photoluminescence, metal enrichment and hydrogen storage areas were investigated.
Firstly, MWCNT ethylene glycol and ethylene glycol dithiol derivatives were synthesized by the microwave-assisted method and the classical method by esterification/thioesterization. Secondly, carboxylated MWCNT and the amine derivatives (containing thiophenol, thiadiazole, triazole group, tris (2-aminoethylamine), tetraethylenepentaamine and synthesized shiff bases) were reacted by Steglich amide synthesis. Finally, MWCNTs were bromine by microwave assisted reaction. Aryl substituted MWCNTs were synthesized via the Suzuki-coupling reaction with phenyl, α-naphthyl, β-naphthyl and 1-pyrenyl boranic acid and MWCNTs containing bromine functional group. Structural characterizations of all of the synthesized MWCNT derivatives were performed by FT-IR, NMR, TGA and TEM.
Selective metal adsorption between ethylene glycol and ethylene glycol dithiol modified MWCNTs and aqueous solution of silver, calcium, cobalt (II), chromium (III), copper (II), iron (III), potassium, magnesium, manganese (II), sodium, lead (II) and zinc (II) ions was investigated. According to the results, adsorbents removed iron (III) and chromium (IV) ions from aqueous solution with high adsorption rates. In addition, MWCNTs containing thiol group adsorbed silver (I) ion selectively from aqueous solution medium with high adsorption percentage. The photoluminescence properties of MWCNT and MWCNT derivatives containing phenyl, α-naphthyl, β-naphthyl and 1-pyrenyl group were investigated. It was observed that the severity of photoluminescence increased with the increase of the number of aromatic rings. When hydrogen storage capacity of MWCNT and MWCNT derivatives containing, triethylene glycol thiol, phenyl, β-naphthyl and 1-pyrenyl group was examined, it was observed that 1-pyrenyl carbon nanotube derivative has the best hydrogen storage capacity.