Titanyum dioksit katkılandırılmış kitosan partikül üretimi: yapısal, morfolojik karakterizasyon ve fotokatalitik degradasyon performansının incelenmesi
Production of titanium dioxide-modified chitosan particles: investigation of structural and morphological characterization and photocatalytic degradation performance
- Tez No: 1025229
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜLBEYİ DURSUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Fırat Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, Reaktif Black 5 (RB5) boyar maddesinin fotokatalitik gideriminde kullanılmak üzere kitosan/TiO₂ kompozit boncuk partiküller üretilmiş ve performansları değerlendirilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında farklı molekül ağırlıkları ve deasetilasyon derecelerine sahip kitosan örneklerinin fizikokimyasal özellikleri belirlenmiş, ardından çeşitli kitosan/TiO₂ oranlarında kompozit partiküller sentezlenmiştir. Üretilen partiküllerin fiziksel özellikleri, FTIR analizleri ve fotokatalitik performansları ayrıntılı olarak incelenmiştir. Fotokatalitik deneylerde partikül kompozisyonu, başlangıç pH değeri, partikül dozajı, başlangıç boyar madde konsantrasyonu ve sıcaklık gibi işletme parametrelerinin RB5 giderimi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Sonuçlar, fotokatalitik performansın kitosanın deasetilasyon derecesi, TiO₂ içeriği ve çapraz bağlanma durumundan önemli ölçüde etkilendiğini göstermiştir. En yüksek mineralizasyon verimi %76,23 ile çapraz bağlı ve %85 deasetilasyon derecesine sahip kitosan kullanılarak üretilen Partikül 4 örneğinde elde edilmiştir. Bu partikül aynı zamanda en yüksek yoğunluk ve en düşük partikül çapı değerlerini sergilemiş olup yapısal açıdan en kararlı kompozit yapı olarak belirlenmiştir. Deneysel sonuçlar doğrultusunda optimum çalışma koşulları pH 2,5, 1,0 g partikül dozajı, 100 ppm başlangıç RB5 konsantrasyonu ve 55 °C sıcaklık olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda yaklaşık %95 renk giderimi elde edilmiştir. FTIR analizleri, RB5 moleküllerinin kompozit yüzeyi ile etkileşime girdiğini göstermiş ve giderim mekanizmasında adsorpsiyon ile fotokatalitik oksidasyon süreçlerinin birlikte etkili olduğunu desteklemiştir. Kinetik analizler, fotokatalitik degradasyon sürecinin yalancı birinci derece kinetik modele daha iyi uyduğunu göstermiştir. Yalancı birinci derece kinetik model için elde edilen yüksek korelasyon katsayıları (R² = 0,9841–0,9976), modelin deneysel verileri başarılı şekilde temsil ettiğini ortaya koymuştur. Arrhenius analizinden reaksiyonun görünür aktivasyon enerjisi 11,76 kJ mol⁻¹ olarak hesaplanmıştır. Bu değer, sürecin düşük enerji bariyerine sahip olduğunu ve sıcaklık artışının fotokatalitik reaksiyon hızını olumlu yönde etkilediğini göstermektedir. Elde edilen sonuçlar, kitosan/TiO₂ kompozit partiküllerinin RB5 gibi dirençli organik kirleticilerin gideriminde etkili, çevre dostu ve sürdürülebilir fotokatalitik malzemeler olduğunu ortaya koymuştur. Özellikle çapraz bağlı ve yüksek deasetilasyon derecesine sahip kompozitlerin ileri atıksu arıtım uygulamaları için önemli bir potansiyel taşıdığı belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, chitosan/TiO₂ composite bead particles were produced and evaluated for the photocatalytic removal of Reactive Black 5 (RB5) dye. In the first stage of the study, the physicochemical properties of chitosan samples with different molecular weights and degrees of deacetylation were characterized, and composite particles with various chitosan/TiO₂ ratios were subsequently synthesized. The physical properties, FTIR characteristics, and photocatalytic performances of the produced particles were investigated in detail. The effects of operational parameters, including particle composition, initial pH, particle dosage, initial dye concentration, and temperature, on RB5 removal were examined through photocatalytic experiments. The results demonstrated that the photocatalytic performance was significantly influenced by the degree of deacetylation of chitosan, TiO₂ content, and crosslinking conditions. The highest mineralization efficiency (76.23%) was achieved with Particle 4, which was prepared using crosslinked chitosan with an 85% degree of deacetylation. This particle also exhibited the highest density and the smallest particle diameter, indicating superior structural stability among the synthesized composites. Based on the experimental results, the standard operating conditions were selected as pH 2.5, a particle dosage of 1.0 g, an initial RB5 concentration of 100 ppm, and a temperature of 55 °C. Under these conditions, approximately 95% color removal was achieved. FTIR analyses revealed interactions between RB5 molecules and the composite surface, supporting that the removal mechanism involved the combined effects of adsorption and photocatalytic oxidation. Kinetic analyses indicated that the photocatalytic degradation process followed the pseudo-first-order kinetic model more closely than the pseudo-second-order model. The high correlation coefficients obtained for the pseudo-first-order model (R² = 0.9841–0.9976) confirmed its suitability for describing the experimental data. Arrhenius analysis yielded an apparent activation energy of 11.76 kJ mol⁻¹, indicating that the process possesses a relatively low energy barrier and that increasing temperature positively influences the photocatalytic reaction rate. The findings demonstrate that chitosan/TiO₂ composite particles are effective, environmentally friendly, and sustainable photocatalytic materials for the removal of persistent organic pollutants such as RB5. In particular, crosslinked composites with a high degree of deacetylation exhibited superior performance and show considerable potential for advanced wastewater treatment applications.
Benzer Tezler
- Visible light-active non-metal doped titanium dioxide materials for photocatalytic oxidation
Fotokatalitik yükseltgeme süreçleri için görünür ışıkla aktifleşen, ametal bileşikleri ile katkılandırılmış titanyum dioksit malzemeleri
PELİN ALTAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EMRAH ÖZENSOY
- Karbon kuantum nokta ve tungsten trioksit katkılı titanyum dioksit fotokatalizörlerin sentezlenmesi ve atık sulardan aromatik aminlerin gideriminde kullanımlarının incelenmesi
Synthesis of carbon quantum dot and tungsten trioxide dopped with titanium dioxide photocatalysts and investigation of their uses in the removal of aromatic amines from wastewater
SEVAL ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYSEL KANTÜRK FİGEN
ÖĞR. GÖR. HÜLYA CİVELEK YÖRÜKLÜ
- Saf ve nano-katkılı TiO2 filmlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of pure and nano-doped TiO2 films
MELİKE ARSLANHAN
Doktora
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriBursa Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EBRU DEVRİM ŞAM PARMAK
- Saf Ti ve TiN kaplamaların alkali çözeltilerde anodizasyonu ve karakterizasyonu
Anodization and the characterization of pure titanium and TiN coatings in alkaline solutions
İZGEN GİZEM BALKAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. MUSTAFA ÜRGEN
- Titanate nanotubes combined with graphene-based materials as a novel anode material for lithium-ion batteries
Lityum-iyon pilleri için özgün anot malzemesi olarak grafen temelli malzemelerle birleştirilmiş titanat nanotupler
ANAGULI ABULIZI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
DOÇ. DR. DR. ALP YÜRÜM