Metal iyonları ilaveli nanotüp tio2 fotokatalizörlerinin kesikli reaktörde fotokatalitik aktivitelerinin incelenmesi
Investigation of photocatalytic activities of metal ions doped tio2 nanotube in the batch reactor
Yazar: HAKAN KIZILTAŞ
Danışman: PROF. DR. TANER TEKİN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Nanotüp TiO2'ler, kimyasal stabilizeye, yüksek etkinliğe, düşük maliyete ve yüksek yüzey alanına sahip olduğundan fotoelektrot olarak kullanılmaya oldukça kullanışlıdırlar. TiO2 bant aralığı geniş yarı iletken olduğu için güneş ışığının UV bölgesini absorplamaktadır, ancak ışık absorpsiyonunu görünür ışık bölgesine taşımak için metal/ametal iyonlarıyla katkılama gibi çeşitli stratejiler geliştirilmiştir. Bu tez kapsamında, nanotüp TiO2'lerinin aktivite ve ışık absorpsiyon özellikleri metal-sülfür bileşikleri katkısı ile iyileştirilmiştir. Fotokatalizörlerin yapısal özellikleri SEM ve XRD analizleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Nanotüp TiO2'ler SILAR (Sıralı İyonik Tabaka Adsorpsiyonu ve Reaksiyonu) yöntemi kullanılarak ZnS, SnS, AgS, CdS, ZrS ve NiS katkılamaları yapılarak modifiye edilmiştir. Hazırlanan nanotüpler SEM analizleriyle her bir fotokatalizör için nanotüplerin homojen oluşumu gözlenmiştir. Yine fotokatalizörlerin XRD analizleriyle, katkısız nanotüp TiO2'lerden elde edilen en yüksek fotoakım yoğunluğu 60 μA/cm2 iken, NiS/TiO2 nanotüp görünür ışık altında en yüksek fotoakım yoğunluğunu göstermiştir ve 160 μA/cm2 akım yoğunluğu elde edilmiştir. Son olarak, fotokatalizörlerin kesikli reaktörde fotokatalitik aktivitelerini ölçmek amacıyla 20ppm'lik Methylene Blue boya çözeltisindeki bozunma, katkısız nanotüp TiO2 fotokatalizörü için giderim %61,08 seviyesindeyken, en iyi giderim gösteren NiS/TiO2 nanotüp fotokatalizörü için %74,12 olarak bulunmuştur.

Abstract:
TiO2 nanotubes are very useful to be used as a photoelectrode because of its chemical stability, high activity, low cost and its high surface area. TiO2 is absorbing in the UV region of the solar light due to wide band gap semiconductor, but various strategies have been developed such as doping TiO2 with metal/nonmetal ions to extend the optical absorption into visible region. In this thesis, light absorption properties and activity of TiO2 nanotubes enhanced by doping metal-sulphur composites. The structural and optical properties of these fabricated samples were characterized by using SEM and XRD analysis. TiO2 nanotube arrays are modified with ZnS, SnS, AgS, CdS, ZrS and NiS doping by using SILAR method (Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction). Prepared TiO2 nanotubes for each sample by SEM analysis was observed formation of nanotubes homogeneously. While the highest photocurrent density is 60 μA/cm2 obtained from intrinsic TiO2 nanotubes, NiS/TiO2 nanotube showed the highest fotocurrent density under visible irradiation and 160 μA/cm2 photocurrent density were obtained from NiS/TiO2 nanotubes. Finally, the photocatalitic activity of samples in the batch reactor which has 20ppm Methylene Blue dye solution was measured, and while the rate of decomposition for intrinsic TiO2 nanotubes was %61.08, the highest removal was showed by Ni/TiO2 nanotubes with %74.12 the rate of decomposition.