Development of graphene oxide based aerogels for environmental applications
Çevre uygulamaları için grafen oksit esaslı aerojellerin geliştirilmesi
- Tez No: 645479
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERHAN BAT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 118
Özet
Ham petrol, petrol ürünleri, organik çözücülerden ve boyalardan kaynaklı artan su kirliliği ile baş edebilmek için uygulanabilir ve ekonomik çözümler bulunması gerekmektedir. Geniş yüzey alanları, bol fonksiyonel grupları ve değiştirilebilir özellikleri sayesinde grafen oksit (GO) bazlı aerojeller su kirliliklerini giderme çalışmaları için gelecek vaat etmektedir. Bu tez su arıtımına yönelik yüksek tekrar kullanılabilirlik ve arındırma performansı olan GO-esaslı aerojellerin üretilmesi ve arındırma mekanizmalarının araştırılması amaçlanmıştır. GO, Tour metotu kullanılarak sentezlenmiş ve ATR-FTIR, TGA ve UV-vis ile karakterizasyonları yapılmıştır. GO aerojeller, indirgenmiş GO-stearik asit (rGO/SA) aerojeller ve GO-(3-Aminopropil)trietoksisilan (GO-NH2) aerojeller üretilmiştir. Üretilen aerojellerin gözenekli yapıları SEM ile analiz edilmiştir. Kimyasal karakterizasyonları ATR-FTIR ve ısıl özellikleri TGA kullanılarak değerlendirilmiştir. Aerojellerin arındırma performansları kloroforom, ayçiçek yağı, metilen mavisi (MB) ve metil turuncusu (MO) kullanılarak ölçülmüştür. rGO aerojel kloroform için 155 g/g soğurma kapasitesi gösterirken, rGO/SA aerojeller maksimum 87 g/g soğurma kapasitesine ulaşabilmiştir. Fakat rGO/SA aerojeller ikinci tekrar kullanımdan sonra soğurma kapasitesinde ani düşüş yaşayan rGO aerojellerinin aksine on tekrar kullanımdan sonra da ilk soğurma kapasitesini koruyabilmiştir. Ayrıca, başlangıç derişimi ve pH değeri, temas zamanı, sıcaklık ve boya yükü gibi GO and GO-NH2 aerojellerinin yüzeye tutunma kapasitelerini etkileyen parametreler araştırılmıştır. MB ve MO için kinetik ve izotermler incelenmiştir. GO ve GO-NH2 aerojellerinin MB ve MO için maksimum yüzeye tutunma kapasiteleri Langmuir izotermi kullanılarak sırasıyla 588 mg/g ve 118 mg/g olarak hesaplanmıştır. Kinetik çalışmaları GO aerojellerin MB için yüzeye tutunmasının yalancı birinci dereceden modeli takip ederken, MO için değiştirilmiş Freundlich modeli takip ettiğini göstermiştir. Termodinamik parametreleri van't Hoff denklemi kullanılarak hesaplanmış ve MB yüzeye tutunma sürecinin endotermik ve kendiliğinden gerçekleştiği anlaşılmıştır. GO aerojellerin MB yüzeye tutunması için geri dönüştürme ve tekrar kullanılma çalışmaları yapılmıştır. Son olarak GO aerojel kolay bir şekilde geri dönüştürebilmiş ve on döngüden sonra da %90'dan fazla ayırma performansını koruyarak tekrar kullanılabilirmiştir.
Özet (Çeviri)
In order to cope with increasing water pollution due to crude oils, petroleum products, organic solvents, and dyes, it is urgent to come up with feasible and economical solutions. Due to their large surface area, abundant functional groups and tunable properties, graphene oxide (GO) based aerogels are promising candidates for pollutant removal. In the scope of this thesis study, it was aimed to produce GO-based aerogels with high reusability performance and removal capacity to be used in environmental applications. GO was synthesized by the Tour method and characterized with ATR-FTIR, TGA and UV-vis. GO aerogels, reduced GO-stearic acid-based (rGO/SA) aerogels and GO-(3-Aminopropyl)triethoxysilane aerogels (GO-NH2) were prepared. Analysis of the porous structures of produced aerogels was conducted by using SEM. ATR-FTIR analysis was performed for the chemical characterization of the aerogels, and TGA was performed to evaluate their thermal properties. The pollutant removal performance of aerogels was compared using chloroform, sunflower, methylene blue (MB) and methyl orange (MO). rGO aerogels exhibited an absorption capacity of 155 g/g for chloroform while rGO/SA aerogels exhibited 87 g/g. However, rGO/SA aerogel maintained its original absorption capacity even after 15 cycles, unlike rGO aerogels, which exhibited a sharp decrease after the 1st cycle. Meanwhile, the parameters affecting the adsorption capacity of GO and GO-NH2 aerogels toward dyes, such as initial concentration and pH, contact time, temperature and dye charge, were investigated. Adsorption kinetics and isotherms were also examined for MB and MO. GO and GO-NH2 were found to have maximum adsorption capacities of 588 mg/g and 118 mg/g for MB and MO, respectively, as calculated from the Langmuir isotherm. The kinetic study revealed that adsorption of MB on GO aerogels followed the pseudo-first-order model while the adsorption of MO followed the modified Freundlich model. Van't Hoff equation used to calculate thermodynamic parameters indicated that the adsorption process of MB onto GO aerogels was endothermic and spontaneous. Recyclability and reusability studies on GO aerogels for MB adsorption were also conducted. Aerogels could easily be recycled and reused, and they were able to maintain over 90% removal capacity after ten cycles.
Benzer Tezler
- Development of graphene oxide based functional materials
Grafen oksit içerikli fonksiyonel malzemelerin geliştirilmesi
ÖZNUR DOĞAN KAVAK
Doktora
İngilizce
2023
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HARUN KOKU
- Enerji depolama için grafen tabanlı üç boyutlu elektrot malzeme uygulamaları
Graphene-based three-dimensional electrode material applications for energy storage
DENİZ KURUAHMET
Doktora
Türkçe
2023
EnerjiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER
- Sodyum iyon pillere üç boyutlu yenilikçi yaklaşımlar
Innovative three-dimensional approaches to sodium-ion batteries
SIDIKA YILDIRIM GÜLTEKİN
Doktora
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATEM AKBULUT
- Development of graphene oxide based aerogels
Grafen oksit esaslı aerojellerin geliştirilmesi
ÖZNUR DOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERHAN BAT
- Bor ile güçlendirilmiş aerojel tabanlı süperkapasitörlerin geliştirilmesi
Development of boron reinforced aerogel based supercapacitors
KHAYAL MAMMADOV
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimyaİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SİNEM ORTABOY SEZER
DOÇ. DR. YEŞİM MÜGE ŞAHİN