Tio2 ve azot katkılı Tio2 ile p-anisaldehit, 2,5-furandikarbaldehit ve vanilin'in çevre dostu koşullarda fotokatalitik sentezi
Environmental friendly photocatalytic synthesis of p-anisaldehyde, 2,5-furandicarbaldehyde and vanillin by nitrogen doped Tio2 and Tio2
- Tez No: 361094
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. SEDAT YURDAKAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Heterojen fotokataliz, TiO2, N-katkılı TiO2, yeşil sentez, panisaldehit, 5-furandikarbaldehit, vanilin, pH etkisi, güneş ışığı, X-ray fotoelektron spektroskopisi, Heterojenous photocatalysis, TiO2, N doped TiO2, green synthesis, panisaldehyde, 5-furandicarbaldehyde, vanillin, pH effect, solar irradiation, X-ray photoelectron spectroscopy
- Yıl: 2014
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Afyon Kocatepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 114
Özet
Bu tez çalışması 3 temel çalışmadan oluşmaktadır. Tüm çalışmalarda laboratuvar sentezi (HP) TiO2 katalizörler TiCl4 çıkış maddesinden sol-jel yöntemi ile hazırlanmıştır. Ticari TiO2 katalizörleri de kıyaslama amaçlı kullanılmıştır. HP katalizörleri BET Spesifik yüzey alanı, XRD, ESEM, UV-ref., TGA, FT-IR ve XPS yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Tüm katalizörler çevre dostu koşullarda; çözücü olarak suyun, yükseltgen olarak oksijenin ve enerji kaynağı olarak güneş veya UV ışığının kullanıldığı koşullarda endüstriyel açıdan önemli bazı bileşiklerin sentezlerinde kullanılmıştır. Çevre dostu koşullarda gerçekleşen sentez reaksiyonları için katalizörlerin sahip olması gereken özellikler bulunmuştur. Ayrıca katalizör hazırlama koşullarının, ışık kaynağının ve substrat çeşidinin reaksiyon aktivitesine ve ürün seçiciliğine etkisi, karakterizasyon ve deney sonuçları ile ilişkilendirilerek belirlenmiştir. Tez çalışmasının ilk kısmında TiO2'nin güneş ışığı altında etkin bir şekilde kullanımını sağlayabilmek için, azot katkılı anataz ve rutil bifazik HP TiO2 katalizörler (N-HP), ürenin azot kaynağı olarak kullanılmasıyla hazırlanmıştır. Bu bifazik TiO2 sentezinin hazırlanması ile iki fazın sinerjik etkisinden yararlanılmak istenilmiştir. Katkılama miktarının, yakma sıcaklığının ve ışık kaynağının etkisi çalışılmıştır. Bu katalizörlerin aktiflikleri ve seçicilikleri sulu ortamda 4-metoksibenzil alkolün (MBA) 4- metoksibenzaldehide (PAA) yükseltgenmesi reaksiyonu ile UV, görünür bölge (GB), UV-GB ve simüle güneş ışığı altında test edilmiştir. Hazırlanan az kristallenmiş amorf karakterdeki N-HP katalizörler ticari Degussa P25'ten çok daha yüksek seçicilik göstermiştir. Bu karakterdeki katalizörlerden özellikle N-HP5-1%-100 ve N-HP5-2%- 100 sadece GB hariç UV, UV-GB ve simüle güneş ışığı altında ve su ortamında hem yüksek aktivite, hem de yüksek seçicilik (~%85) göstermişlerdir. TiO2'lere katkılanan azot miktarının artışı her bir katalizördeki anataz-rutil oranının artışına ve katalizör yüzeyinin hidrofilikliğinin artmasına neden olmuştur. Katalizör karakterizasyonu sonuçları, gerçek bir katkılamanın 300 °C sıcaklığından itibaren gerçekleştiğini göstermiş ve bu sıcaklık değerinin aynı zamanda kristalik ve hidrofobik katalizör oluşumu için de kritik olduğu bulunmuştur. Azot katkılaması ile katalizörün ii görünür bölge absorbansı artmış, ancak aktivitesinde bir gelişme görülmemiştir. Buna karşın katkılama PAA oluşumu seçiciliğinde küçük bir iyileştirmeye sebep olmuştur. XPS analizlerinin, TiO2'nin kristalinitesinin belirlenmesinde de kullanılabileceği bulduğumuz sonuçlardan biridir. Ayrıca XPS analizleri azotun TiO2 kafesine yerleştiğini veya azot türlerinin TiO2 yüzeyine adsorbe olduğunu belirlemede UV-ref. ve FT-IR analizleri ile birlikte değerlendirilmesi gerektiği bulduğumuz bir başka bulgudur. Tez çalışmasının ikinci kısmında anataz, rutil ve brukit fazlarında hazırladığımız HP katalizörleri kullanılarak, UV ışığı altında ve sulu ortamda 5-(hidroksimetil) furaldehit (HMF)'nin 2,5-furandikarbaldehite (FDC) fotokatalitik olarak seçici yükseltgenmesi çalışılmıştır. Sentezlenen ve karakterize edilen HP katalizörlerin ayrıca kristallenme oranları da belirlenmiştir. Ticari katalizörler (SA, Merck, Degussa P25) kıyaslama amaçlı kullanılmıştır. Farklı özellikteki katalizörlerin fotokatalitik olarak HMF yükseltgenme aktiviteleri ve FDC oluşum seçicilikleri kıyaslanmış, aktif ve seçici HMF yükseltgenme için katalizörde olması gereken özellikler belirlenmiştir. HP katalizörler ticari katalizörlere göre, kristallenme oranlarının düşük ve hidrofilik bir yüzeye sahip olmalarından dolayı, 2 kat daha fazla seçicilik göstermişlerdir (%25'e karşı %12). Ayrıca sulu ortama boşluk tutucu olarak suya kıyasla eser miktarda katılan metanol reaksiyon aktivitesini düşürürken, daha çok katalizör üzerindeki mineralizasyon bölgelerinde etkili olduğu için, FDC seçiciliğini arttırmıştır. Tez çalışmasının üçüncü kısmında ise ortam asitliğinin (pH) çeşitli kristalik yapı ve fazlardaki TiO2 varlığında, su ortamında gerçekleştirilen sentez reaksiyonlarına hem seçicilik, hem de aktivite bağlamında etkisi incelenmiştir. pH'ın sudaki MBA'nın ve vanil alkolün (VA) aldehitlerine fotokatalitik sentezi HP ve ticari TiO2 katalizörleri ile gerçekleştirilmiştir. pH reaksiyon hızını ve aldehit seçiciliğini oldukça fazla etkilemiş, bu etki substrat cinsine ve katalizör yapısına göre değişiklik göstermiştir. Optimum koşullar için düşük pH'larda MBA'nın PAA'ya %100 seçicilikte yükseltgenmesi gerçekleşirken VA'nın vaniline yükseltgenmesi sadece yüksek pH'larda ve ancak yaklaşık % 28 seçicilikte gerçekleşmiştir. Elde edilen sonuçlar sıklıkla suda seçici olmadığı kabul edilen fotokatalitik işleme pH'ın kuvvetlice etki ettiğini göstermiştir. Dikkate değer bir diğer nokta, kristallenme oranı yüksek katalizörler varlığında yüksek pH'larda MBA ve VA yükseltgenmesinde reaksiyon hızları yüksek iken, amorf HP katalizörler varlığında düşük pH'larda MBA yükseltgenmesi yüksek reaksiyon hızlarında ve yüksek seçicilikte gerçekleştirilmiştir. 2014, xvi + 94 sayfa
Özet (Çeviri)
This thesis consists of 3 parts. All home-prepared (HP) TiO2 photocatalysts in the thesis were prepared by using TiCl4 as precursor by a sol–gel method. Commercial TiO2 photocatalysts were used for comparison aims. HP photocatalysts were characterized by BET specific surface area, XRD, ESEM, UV-reflectance, TGA, FT-IR, and XPS methods. All catalysts were used for synthesis of some industrially important compounds in green conditions; by using water as solvent, oxygen as oxidant source, and sun or UV light as light source. The properties of photocatalysts for green synthesis were determined. In addition, the preparation condition of catalysts, light source and substrate kind on the effect of reaction activity and selectivity were determined by using characterization and experiment results. In the first part of thesis, in order to increase the efficiency of TiO2 under sun light, Ndoped anatase-rutile biphasic photocatalysts (N-HP) were prepared by using urea as Ndoping source. TiO2 was synthesised in crystalline biphasic anatase-rutile forms aiming to get a synergic effect. The influence of doping amount, calcination temperature and light source has been studied. The samples photocatalytic activity and selectivity were tested for the partial oxidation of MBA to PAA in water under near-UV, visible, UV-visible and simulated solar light. The results show that less crystalline, amorphous N-TiO2 samples are much more selective than that of Degussa P25. Especially, from these amorphous catalysts N-HP5-1%-100 and N-HP5-2%-100 showed high activity and selectivity (ca. 85%) under UV, UV-vis and simulated sun light, but not under visible light, in water. Anatase-rutil ratio and hydrophobicity of catalyst surface were increased by N doping amount on TiO2. The obtained catalyst characterization results show that the catalysts needed a thermal treatment temperature higher than 300 °C for real nitrogen doping; this treatment allowed obtaining crystalline and hydrophobic samples. The results show that Ndoping improves visible light absorption of catalysts whereas reaction rate does not iv increase. Selectivity was higher in the presence of badly crystallized catalysts, whereas doping seems to have a slightly improving effect. It was also found that XPS analysis could be used for determining crystallinity of TiO2. Moreover, XPS analysis must be used together with DRS and FT-IR to determining whether N is incorporated on TiO2 lattice or N species are just adsorbed on TiO2 surface. In the second part of thesis, 5-(Hydroxymethyl)-2-furaldehyde (HMF) was selectively oxidized to 2,5-furandicarbaldehyde (FDC) in aqueous medium by using HP anatase, rutile, and brookite TiO2 nanoparticles. Crystalline ratios of synthesized and characterised HP samples were also determined. Commercial TiO2 catalysts (SA, Merck, Degussa P25) were also used for comparison aim. The HMF oxidation activity and FDC selectivity of catalysts in different properties were compared each other and the properties of catalysts for active and selective HMF oxidation were determined. The reactivity results showed that HP catalysts are predominantly amorphous and give rise to selectivities toward FDC more than twice that of commercial and well-crystallized catalysts (ca. 25% toward ca. 12%). With the aim of improving the selectivity toward partial oxidation reaction, trace amount of methanol respect to water as an efficient hole trap was added to the reacting suspension. The results indicate that in the methanol containing photocatalytic system methanol acts as an efficient hole trap by decreasing the overall degradation rate, but it affects in a more significant way the mineralization reaction as the selectivity increases. In the third part of thesis, the influence of pH on the photocatalytic partial oxidation of MBA and vanillyl alcohol (VA) to their corresponding aldehydes in aqueous suspension was investigated by using amorphous HP and crystalline commercial TiO2 photocatalysts. Selectivities of 100% in MBA oxidation have been obtained at low pH's, whereas selective (28%) VA oxidation has been fulfilled at high pH values by using both HP and commercial photocatalyts. The results clearly show as tuning pH can strongly impart selectivity to photocatalytic processes which are often quite unselective in aqueous suspensions. The obtained results show that pH efficiently effects to photocatalytic processes. Notably, the reaction rates in the presence of crystalline catalysts are generally high at very high pH's by oxidising both MBA and VA; conversely, the use of amorphous HP samples give rise to high reaction rates and selectivities at low pH's in MBA oxidation. 2014, xvi + 94 pages
Benzer Tezler
- Sefazolin sodyumun fotokatalitik degradasyonu ve moleküler modellemesi
Phocatalytic degradation and molecular modelling of cefazoline sodium
KORHAN BAHAR
- Development of metal & metal oxides decorated graphene-based electrode materials for next generation Li-ion and Li-O2 batteries
Yeni nesil Li-iyon ve Li-O2 pilleri için metal ve metal oksit dekore edilmiş grafen esaslı elektrot malzemelerinin geliştirilmesi
ADNAN TAŞDEMİR
Doktora
İngilizce
2020
Bilim ve TeknolojiSabancı ÜniversitesiPROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALP YÜRÜM
- Bor ve azot katkılı TiO2 ince filmlerin fotokatalitik aktivitelerinin incelenmesi
Investigation of photocatalytic activity of boron and nitrogen doped TiO2 thin films
SEMİH ÇULHAOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜHEYLA AYDIN
YRD. DOÇ. DR. ALİ ERÇİN ERSUNDU
- Improvement photocatalytic properties of doped nanoparticles synthesized by sol-gel method
Sol-jel yöntemi ile sentezlenen nanopartiküllerin fotokatalitik özelliklerinin geliştirilmesi
SILA CENGİZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Mühendislik BilimleriDokuz Eylül ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NECMİYE FUNDA AK AZEM
- Grafen oksit/TiO2 nanokompozitlerinin sentezi ve temsili, doğrudan ve yoğunlaştırılmış gün ışığı altında, fotokatalitik aktivitelerinin tespiti
Synthesis of Graphene oxide-TiO2 nanocomposites and determination of their photocatalytic activities under simulated, direct and concentreated sun light
GAMZE BELKIS ÇAYCİ