Development and photocatalytic properties of potassium titanate nanostructure embedded resin composites
Potasyum titanat nanoyapı katkılı reçine kompozitlerin geliştirilmesi ve fotokatalitik özellikleri
- Tez No: 442048
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDULLAH ÖZTÜRK, DOÇ. DR. JONGEE PARK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Metalurji Mühendisliği, Biotechnology, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 202
Özet
Bu tez çalışması, sol-jel ve hidrotermal yöntemler kullanılarak üretilen potasyum titanat (PT; K2O.nTiO2, n=2, 4) nanoyapılarının yapısal ve fonksiyonel özelliklerinin titanium/potasyum oranına (Ti/K) bağlı olarak incelenmesini nanobüyüme mekanizmalarının belirlenmesini içermektedir. Elde edilen tozların, XRD, elektron mikroskobisi (SEM, TEM) ve gaz adsorpsiyon (BET) teknikleri kullanılarak sırasıyla faz, morfoloji ve yüzey analizleri yapılmıştır. PT tozları üç farklı UDMA-TEGDMA (UT) reçine monomer karışımına eklenmiştir. Kullanılan monomer karışımlarında TEGDMA oranı UT-2 (%30), UT-1 (%50) ve UT-3 (%70) sırası ile artmaktadır. Polimerleştirme işlemi halojen ışık kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kompozitlerin performanslarını belirlemek için çekme, sertlik, aşınma, su emme/çözünürlük ve biyoaktivite testleri uygulanmıştır. PT tozlarının enerji bant aralıkları (Eg), PT tozlarının ve PT-UT kompozitlerinin fotokatalitik aktiviteleri difüz reflektör (DR) modülü donatımlı UV-Vis spektrofotometre kullanılarak ölçülmüştür. Fotokatalitik performansın belirlenmesi için metil mavi (MV) boyası bozunum testi uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, hem sol-jel hem de hidrotermal yöntem kullanıldığında, PT kristallenmesinin amorf bir yapı içerisinde başladığını göstermiştir. Sol-jel yöntemi ile üretilen amorf yapıda 600 °C de kalsinasyon işlemi sonucunda potasyum hegza-titanat (PHT, n=6) nanotellerinin oluşumu belirlenmiştir. Kalsinasyon sıcaklığı 800 °C'ye arttırıldığında ise potasyum tetra-titanat (PTT, n=4) oluşumu belirginleşmiştir. Ayrıca, kalsinasyon sıcaklığı ve süresindeki artış (1-3 saat) PT nanoyapılarının boyut ve boy/en oranlarında artışa sebep olmuştur. Sol-jel sürecinde potasyum hollandit (PH, KTi8O16) fazının PHT kristallenmesi öncesinde ara faz olarak oluştuğu belirlenmiştir. Fakat, hidrotermal çözelti içerisinde PHT ve PTT nanotelleri doğrudan kristallenmektedir. Yapılan analizler, amorf yapının tabakalar halinde birleştiğine, PT yapıların kristallendiğine ve de oluşan gerinim sebebiyle PT nanotellerine bölündüğüne işaret etmektedir. Sol-jel yöntemi üretilen örneklerden Ti/K oranına bağlı olarak ölçülen en yüksek PT ince fiber çapı 214 ± 113 nm, boyu 4.9 ± 2.5 μm'dir. 180 °C'de 24 saat reaksiyon sonucu bölünen PT nanotellerinin ortalama çapı 39 ± 14 nm, boyu 1.14 ± 0.4 μm'dir. Reaksiyon süresi 48 saate çıkarıldığında ortalama boyutlar daha fazla bölünme sonucu küçülmüştür. Hidrotermal reaksiyon ticari olarak satılan TiO2 tozundan (P25, Degussa®) daha düşük Eg 'e sahip PT nanoyapılarının üretilmesini sağlamıştır. PT-UT kompozitleri üzerinde yapılan analizler, kompozitlerin mekanik ve fonksiyonel özelliklerinin temelde PT katkı miktarı ve dağılım verimine bağlı olduğunu göstermiştir. En düşük aşınma hızı ağ. % 5 hidrotermal yöntemle üretilmiş PT katkılı UT-1 kompozitinden, 6.5 ± 0.6 *10-6 mm3/Nm olarak ölçülmüştür. Ağ. % 5 hidrotermal yöntemle üretilmiş PT katkısı çekme mukavemetinin katkısız UT-1 polimerine kıyasla 40.4 ± 1.7 MPa'dan to 42.5 ± 0.2 MPa'a artışını sağlamıştır. Benzer olarak, elastik modül 0.7 ± 0.04 GPa 'dan 0.9 ± 0.1 GPa'a yükselmiştir. Kompozitlerin su emme değerleri 40 μg/mm3'nin üzerindedir. MV bozunum ve simule vücut sıvısına tabi tutularak yapılan biyoaktivite testleri PT nanoyapılarının fotokatalitik ve bioaktiflik özelliklerini kompozit matris içerisinde koruyabildiğini göstermiştir. Kompozitin 24 saat içerisindeki MV bozunum hızı PT katkı miktarı ile artış göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Structural and functional properties of potassium titanate (PT; K2O.nTiO2, n=2, 4) nanostructures synthesized by sol-gel and hydrothermal methods were investigated with respect to titanium/potassium (Ti/K) ratio and their nanogrowth mechanisms were elucidated. Produced powders were characterized by XRD, electron microscopy (SEM, TEM) and gas adsorption (BET) techniques for phase, morphology and surface analyses, respectively. PT nanostructures were mixed with three UDMA-TEGDMA (UT) resin monomer mixtures in the order of increasing TEGDMA molar ratio of UT-2 (30%), UT-1 (50%), UT-3 (70%). Polymerization of the composites was accomplished by halogen light curing. Tensile, hardness, wear, water sorption/solubility and bioactivity tests were performed to determine the performance of the composites. The energy band gap (Eg) of PT powders, the photocatalytic activity of PT powders and PTUT composites were measured by UV-Vis Spectroscopy equipped with diffuse reflectance (DR) module. Methylene Blue (MB) dye degradation tests were performed to evaluate photocatalytic performance. It was demonstrated that both sol-gel and hydrothermal growth of PTs originate from an amorphous-like network. Potassium hexa-titanate (PHT, n=6) nanowires could be obtained by calcination of sol-gel derived amorphous network at temperatures as low as 600 °C. As the calcination temperature increased to 800 °C, potassium tetra-titanate (PTT, n=4) formation became significant. In addition, the size and aspect ratio of PTs increased as the calcination temperature and time increased (1-3 h). In sol-gel process, potassium hollandite (PH, KTi8O16) was an intermediate phase upon PHT crystallization. However, PHT and PTT nanowires grew directly from the hydrothermal solution under autogeneous pressure. Analysis indicated that amorphous network combined into sheets, crystallized into PTs and then split due to increased strain. The highest average size of sol-gel derived PT whiskers depending on Ti/K ratio were measured as 214 ± 113 nm in diameter and 4.9 ± 2.5 μm in length. The size of split PT nanowires were measured as 39 ± 14 nm in diameter and 1.14 ± 0.4 μm in length, after 24 h of hydrothermal treatment at 180 °C. The size of the nanostructures decreased as the hydrothermal duration increased to 48 h due to further splitting. Hydrothermal treatment provided PTs having Eg lower than widely used commercial TiO2 (P25, Degussa®) powder. Analysis of PT-UT composites revealed that mechanical and functional performances of the composites were mainly related to the PT embedment amount and dispersion efficiency. The lowest specific wear rate was achieved for the composite containing 5 wt % hydrothermally synthesized PT embedded UT-1 (50% UDMA – 50% TEGDMA, molar) mixture as 6.5 ± 0.6 *10-6 mm3/Nm by 5 wt % hydrothermally produced PT embedded UT-1 (50% U-50% T, molar) mixture. Similarly, tensile strength and elastic modulus of UT-1 mixture increased from 40.4 ± 1.7 MPa to 42.5 ± 0.2 MPa, and from 0.7 ± 0.04 GPa to 0.9 ± 0.1 GPa, respectively by embedding 5 wt % hydrothermally synthesized PT. The water sorption and solubility values were higher than 40 μg/mm3. The MB degradation test and analyses after simulated body fluid immersion showed that PTs preserved their photocatalytic performance and bioactivity in the composite form. MB degradation of composites in 24 h increased with increased PT embedment in the composite.
Benzer Tezler
- Kobalt ftalosiyanin ve kobaltoksim komplekslerinin fotokimyasal ve elektrokimyasal incelenmesi
Photochemical and electrochemical investigation of cobalt phtalocynanine – cobaltoximes complexes
AYKUT DEMİR
- Fabrication of innovative nanofiber membranes and development of removal systems for pollutants in various environments
Farklı ortamlardaki kirleticiler için yenilikçi nanofiber membranların üretilmesi ve giderim sistemlerinin geliştirilmesi
ELİFNUR GEZMİŞ YAVUZ
Doktora
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA YÜKSEL İMER
- ZnO tozunun yüksek enerjili öğütme davranışlarının incelenmesi ve bu tozlardan hareketle ZnO katkılı polimer kompozitlerin geliştirilmesi
Optimization of high energy milling behaviour of ZnO powders and development of polymer-ZnO composite structures
SEZEN SEDA YAKAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BURAK ÖZKAL
- Development and characterization of ceramic nanofiber membranes for dye removal from textile wastewater
Tekstil atıksularından boya giderimi için seramik nanofiber membranların geliştirilmesi ve karakterizasyonu
NURAY YERLİ SOYLU
Doktora
İngilizce
2024
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- Ni/ZnO nanokompozit partiküllerinin ultrasonik sprey piroliz tekniğiyle üretimi
Production of Ni/ZnO nanocomposite particles via ultrasonic spray pyrolysis (USP) method
İLAYDA KOÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN