Reduction of graphene oxide by natural products and production of reduced graphene oxide-hydroxyapatite composites
Grafen oksitin doğal kaynaklı ürünler ile indirgenmesi ve indirgenmiş grafen oksit-hidroksiapatit kompozitlerinin üretilmesi
- Tez No: 409712
- Danışmanlar: PROF. DR. BELMA ÖZBEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 114
Özet
Karbonun çok bilinen 3 boyutlu elmas ve grafit gibi allotroplarnın yanında son dönemde 0 boyutlu fulleren ve 1 boyutlu karbon nanotüp allotropları da bulunmuş ve araştırmalar bu allotroplar üzerine yoğunlaşmıştır. Grafen 40 yıldan fazla süredir deneysel olarak sentezlenmeye çalışılmıştır. Novoselov ve Geim 2004 yılında ilk kez, grafiti bir selobant üzerine tekrar tekrar yapıştırma ile grafiti katmanlarına ayırarak tek katmanlı grafen sentezlemişler ve basit bir optik mikroskop ile bu tek katmanlı grafeni gözlemlemişlerdir. Karbonun keşfedilen bu 2 boyutlu allotropu 2010 yılında fizik dalında Nobel ile ödüllendirilmiştir. Grafen bal peteği şeklinde örülü tek atom kalınlığındadır ve sp2 karbon atomları arasında σ bağları içerir. Bu 2 boyutlu sp2 karbon bağ yapısı ile yeryüzünde bilinen en sağlam ve en ince malzeme olma özelliği taşımaktadır. Grafen kütle oranına göre oldukça geniş spesifik yüzey alanına (teorik olarak, 2,630 m2g-1), oldukça yüksek termal iletkenliğe (~5,000 Wm-1K-1, bakırdan 10 kat daha yüksek) ve optik geçirgenliğe (~ %97.7) sahiptir. Diğer yandan, temel bir kalsiyum fosfat minerali olan hidroksiapatit (HA: Ca10(PO4)6(OH)2) biyoaktif malzemelerden biridir ve aynı zamanda kemik ve diş dokusunun major inorganik bileşeni olarak bilinmektedir. Kemik dokusuna bağlanma potansiyeli, kemik onarımını destekleme özelliği ve biyouyumluluğu ile diş, çene ve ortopedik alanlarda kullanım alanı bulmaktadır. Ancak düşük kırılma tokluğu, yüksek elastik modulü gibi zayıf mekanik özellikler gösterdiğinden yük dayanımı gerektiren uygulamalarda kullanımı oldukça sınırlıdır. Bu çalışmada, bitkisel olarak indirgenmiş grafen oksit (RGO) kullanılarak hidroksiapatitin negatif özelliklerinin güçlendirilmesine yönelik mekanik dayanımı arttırılmış HA kompozitlerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bildiğimiz üzere, daha önce bitkisel olarak indirgenmiş grafen oksit-hidroksiapatit (RGO-HA) kompozitlerinin üretimi literatürde yer almamaktadır. Bu kapsamda, grafen oksit Hummers' yöntemi ile sentezlenmiş ve sentezlenen grafen oksit bitkisel metot uygulanarak ile indirgenmiştir. Bu metotta flavonoid, askorbik asit, pektin gibi indirgeyici ajan olarak görev yapan kimyasallarca zengin olan Achillea nobilis (civan perçemi), Laurus nobilis (defne), Lavandula agnustifolia (lavanta), Rosae caninae (kuşburnu), Salvia officinalis (adaçayı) ve Melissa officinalis (melisa) bitkilerinin ekstreleri kullanılmıştır. Bitki kaynaklı indirgeme metodunun; kimyasal metota göre toksik olmaması, ekonomik ve biyo-uygulamalarda kullanılabilir olması gibi önemli üstünlükleri bulunmaktadır. Bu nedenle, bu 6 bitki arasından grafen oksitin indirgenmesinde en yüksek verimi sağlayan bitki ekstresi seçilmiş ve bu bitki ekstresi ile indirgenen grafen oksit HA'ya ikinci malzeme olarak katkılandırılmıştır. Böylelikle, HA içerisinde farklı RGO konsantrasyonlarında ( % ağırlıkça, 0.25, 0.5, 1 ve 2) RGO-HA kompozitleri ve aynı zamanda kıyaslama için saf HA presipitasyon yöntemi ile üretilmiştir. Bu örnekler, Ultraviyole-Görünür Spektroskopi, Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopi, X-Ray Toz Difraksiyonu, Taramalı Elektron Mikroskopu, Geçirimli Elektron Mikroskopu ve Termogravimetrik analizler ile karakterize edilmiştir. Örneklerin mekanik özellikleri ise Evrensel Test Cihazı ile ölçülmüştür. Sonuç olarak, 2 saat süresince 80°C sıcaklıkta sonikasyon ile gerçekleştirilen ekstraksiyon koşullarında Melissa officinalis ekstresi grafen oksit üzerinde optimum indirgeme verimi göstermiştir. Bu nedenle Melissa officinalis ekstresi ile indirgenen grafen oksit (MRGO), HA kompozitleri için ikinci malzeme olarak kullanılmıştır. Bununla birlikte, gerçekleştirilen karakterizasyon testleri kompozitlerin başarılı bir şekilde üretildiğini ve HA yapısına RGO katkılandırılmasının HA'nın mekanik özelliklerini iyileştirdiğini göstermiştir. Saf HA ile kıyaslandığında, basınç dayanımı değerleri ağırlıkça % 0.25, 0.5, 1 ve 2 RGO-HA kompozitleri için sırasıyla %77.44, 156.05, 220.25 ve 231.51 artış göstermiştir. Üretilen RGO-HA kompozitlerinin kemik dokusu mühendisliği gibi gelecekte çeşitli biyoteknolojik uygulamalarda kullanım alanı bulması mümkün olacaktır.
Özet (Çeviri)
Beside the well-known 3-D allotropes of carbon; like graphite and diamond, recently 0-D fullerenes and 1-D carbon nanotubes have been discovered; and the studies are focused on these allotropes. Graphene has been experimentally studied for over 40 years. Novoselov and Geim, synthesized graphene by a Scotch-tape method which includes mechanical exfoliation of graphite to single-layer graphene; and single-layer graphene was identified by a basic microscope in 2004. The discovery of this 2-D allotrope of carbon was awarded by Nobel Prize in physics in 2010. Graphene is a honeycomb lattice structure of one atom thick layer and comprises σ bonds between sp2 carbon atoms. This two dimensional sp2 carbon network structure makes it the thinnest and strongest material among others. Graphene has unique properties such as extremely high surface area to mass ratio (theoretically 2,630 m2g-1), excellent thermal conductivity (~5,000 Wm-1K-1, 10 times better than copper), optical transparency (~ 97.7 %). On the other hand, hydroxyapatite [HA: Ca10(PO4)6(OH)2], one of the bioactive materials, is a basic calcium phospate mineral. It is also major inorganic constituent of bones and teeth tissues. It has applications in orthopedic, dental and maxillofacial fields due to its binding potential to bone tissue, promotion ability of bone repair and excellent biocompatibility. However, it shows poor mechanical properties like low fracture toughness and high elastic modulus; and these properties makes them unsuitable for major load bearing applications. In the present study, it was focused on developing mechanically stronger HA composites by using green reduced graphene oxide (RGO) reinforcement to strengthen the negative features of HA. To our knowledge, there are no previous studies reported in the literature about production of green RGO-HA composites. For this purpose, graphene oxide was synthesized by Hummer's method; and this synthesized graphene oxide was reduced by applying plant-based method. In this method, Achillea nobilis (yarrow), Laurus nobilis (daphne), Lavandula agnustifolia (lavandula), Rosae caninae (rose hip), Salvia officinalis (salvia) and Melissa officinalis (melisa) extracts were used due to their rich chemical content such as flavonoids, ascorbic acid, pectins acting as reducing agents. The plant-based method has certain advantages over chemical-based methods such as being non-toxic, economic and usable for bio-applications. Therefore, the plant extract that showed the highest reduction efficiency among others was determined and the reduced graphene oxide by this plant extract was used as the second material to HA. The RGO-HA composites were produced via precipitation method at different concentrations of RGO in HA, 0.25, 0.5, 1 and 2% (wt) while pure HA was also produced for comparison. The samples were characterized by Ultraviolet-Visible Spectroscopy, Fourier Transform-Infrared Spectroscopy, X-Ray Powder Diffraction, Scanning Electron Microscope, Transmission Electron Microscope and Thermogravimetric Analysis. The mechanical properties of the samples have been evaluated by Universal Testing Machine. As a result, Melissa officinalis extract showed the optimum reduction efficiency on graphene oxide with the extraction conditions by sonication at temperature of 80°C for 2 h. Therefore, the reduced graphene oxide by Melissa extract (MRGO) sample was used as second material to HA. Furthermore, the characterization results showed that pure HA and RGO-HA composites were produced successfully and the mechanical properties of pure HA were improved with RGO reinforcement. Compared to pure HA, the compressive strength values increased 77.44%, 156.05%, 220.25% and 231.51% for 0.25, 0.5, 1, 2% (wt) RGO-HA composites, respectively. Thus, the produced RGO-HA composites would be open up for various future biotechnological applications such as bone tissue engineering and etc.
Benzer Tezler
- İç ortam havasından biyoaerosol giderimi için enzim katkılı antibakteriyel nanolif filtrelerin geliştirilmesi
Development of enzyme-doped antibacterial nanofiber filters for bioaerosol removal from indoor air
BURÇİN BAŞŞAHİNOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA YÜKSEL İMER
- Evaluation of the effect of sodium dodecyl sulfate and sand on graphene for the removal of arsenic in contaminated waters
Kontamine sulardan arsenik uzaklaştırılmasında sodyum dodesil sülfat ve kumun grafen üzerindeki etkilerinin incelenmesi
BEATRIZ ELENA CORREA ARIAS
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. MOİZ ELNEKAVE
- Grafen tabanlı kiral amin-tiyoüre heterojen katalizörlerinin hazırlanması ve enantiyoseçici reaksiyonlarda kullanılması
Preparation of graphene-based chiral amine-thiourea heterogenous catalysts and application in enantioselective reactions
SAYED MUSTAFA BADR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
KimyaNecmettin Erbakan ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA DURMAZ
- Sudan doğal organik madde hümik asidin gideriminde PVDF temelli membranlar ile filtrasyon uygulaması
Application of filtration with PVDF-based membranes for the removal of natural organic material humic acid from water
HANDE BEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA ÜNLÜ