Hekzagonal bor nitrür katkılı perovskit katalizörlerinin sentezi, karakterizasyonu ve katalitik aktivitelerinin incelenmesi
Synthesis, characterization and investigation of catalytic activities of hexagonal boron nitride incorporated perovskite catalysts
- Tez No: 733113
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ESRA BİLGİN ŞİMŞEK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yalova Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya ve Süreç Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Sunulan doktora çalışmasında; bor nitrürün iki boyutlu hekzagonal bor nitrür (h-BN) ve sıfır boyutlu bor nitrür kuantum nokta (BNQDs) formlarının fotokatalitik aktiviteleri incelenerek fotokataliz alanına kazandırılması amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında; BiFeO3 (BFO) ve MnFeO3 (MFO) perovskit katalizörler, impregnasyon yoluyla h-BN ile katkılandırılarak optik özellikleri ve katalitik aktiviteleri iyileştirilmiştir. Katalizörlerin karakterizasyonu SEM-EDS, TEM, XRD, XPS, FTIR, PL, UV−vis DRS, EIS ve BET analizleri ile detaylı incelenmiştir. FTIR ve XPS sonuçlarında; saf h-BN ve perovskit yapılarına ait pikler gözlenmiş ve bu da bor nitrürün perovskit yapısına başarıyla ilave edildiğini göstermiştir. Optik analiz sonuçlarında; h-BN katkılandırılmasından sonra perovskit katalizörlerin ışık absorpsiyon kapasiteleri önemli ölçüde artış ve rekombinasyon hızında düşüş gözlenmiştir. Fotokatalitik aktivite çalışmalarında; saf BFO (%65.4) ve MFO (%44.2) katalizörlerinin tetrasiklin (TC) giderim performansları h-BN ilavesi ile sırasıyla %80.1 ve %75.8 değerlerine yükselmiş ve bozunma mekanizması detaylıca açıklanmıştır. BFO/h-BN ve MFO/h-BN katalizörleri ibuprofen içeren ilaç üretim tesisinden temin edilen atıksu arıtım tesis çıkış suyu için yüksek katalitik performans göstermişlerdir. Çalışmanın ikinci aşamasında; BNQDs katkılandırması ile BFO ve MFO katalizörlerinin performanslarının iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Katalizörlere ait TEM görüntülerinde küresel şekildeki kuantum noktaların perovskit yüzeyleri üzerinde başarıyla eklendiği gözlenmiştir. Perovskit fotokatalizörlerin BNQDs ilavesi ile yük transfer kapasitelerinin etkin şekilde iyileştiği görülmüştür. BNQDs katkılandırmasından sonra saf BFO ve MFO katalizörlerinin fotokatalitik performansları sırasıyla %80 ve %70 değerlerine yükselmiş ve bu iyileşme, kuantum noktaların boşlukları yakalama özelliğine bağlanmıştır. Perovskit/BNQDs katalizörleri ile TC giderimi esnasında meydana gelen yan ürünler tespit edilerek degradasyon mekanizması detaylıca açıklanmıştır. Çalışmanın son aşamasında; tez çalışması boyunca maksimum performans gösteren BFO/BNQDs/1 katalizörü polyester elyaf filtre yüzeyine kaplanarak pratikte uygulanabilirliği incelenmiştir. Katalitik filtre ile TC degradasyonu; elektron alıcısı olarak sisteme eklenen peroksimonosülfat aktivasyonu ile gerçekleştirilmiştir. İlk olarak; farklı kaplama oranlarının filtrenin performansına etkisi incelenmiştir. Ardından; radikal tutucu deneyler ile fotokataliz/PMS mekanizması açıklanmıştır. Döngü deneyleri ile katalitik filtre beşinci kullanıma kadar etkin performans sunmuş ve katalizörlerin filtre yüzeyinde stabil olduğu karakterizasyon testleri ile görülmüştür. Katalitik filtreler ile sürekli akışlı sisteminde TC degradasyonu; akış hızı, yatak yüksekliği ve kirletici konsantrasyonu parametrelerinde incelenmiştir. Katalitik fitrelerin 7 saat boyunca etkin katalitik performans sunduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak; bor nitrürün farklı formları ile perovskit katalizörlerinin fizikokimyasal, optik ve fotoelektrokimyasal özellikleri iyileştirilerek çeşitli kirleticilere karşı katalitik aktiviteleri arttırılmış ve bor nitrürün fotokataliz alanında etkin bir şekilde kullanım potansiyelinin olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
In the present doctoral study; the photocatalytic activities of two-dimensional hexagonal boron nitride (h-BN) and zero-dimensional boron nitride quantum dot (BNQDs) forms of boron nitride were examined in order to gain them in the field of photocatalysis. In the first part; BiFeO3 (BFO) and MnFeO3 (MFO) perovskite catalysts were doped with h-BN by impregnation to improve their optical properties and catalytic activities. The characterization of the catalysts was investigated in detail by SEM-EDS, TEM, XRD, XPS, FTIR, PL, UV−vis DRS, EIS and BET analyses. In FTIR and XPS results; the peaks of pure h-BN and perovskite structures were observed, indicating that boron nitride was successfully added to the perovskite structure. In the optical analyses; the light absorption capacity of the catalysts increased significantly and the recombination rate decreased after incorporation with h-BN. In photocatalytic activity studies, after addition of h-BN, tetracycline (TC) removal performances of pure BFO (65.4%) and MFO (44.2%) catalysts increased to 80.1% and 75.8%, respectively. BFO/h-BN and MFO/h-BN catalysts showed high catalytic performance for pharmaceutical production plant wastewater effluent containing ibuprofen. In the second part; it was aimed to improve the performances of BFO and MFO catalysts with incorporation of BNQDs. It was observed in the TEM images that spherical quantum dots were successfully added on the perovskite surfaces. The charge transfer capacities of perovskite photocatalysts were effectively improved with the addition of BNQDs. After BNQDs doping, the photocatalytic performances of pure BFO and MFO catalysts increased to 80% and 70%, respectively, which was attributed to the hole extraction ability of BNQDs. In the last part, the BFO/BNQDs/1 catalyst which showed maximum performance during the thesis study was coated on the polyester fiber filter surface and its practical applicability was investigated. The degradation by catalytic filter was achieved by peroxymonosulfate activation as an electron acceptor. Firstly, the effect of different coating ratios on the performance of the filter was investigated. After that, photocatalysis/PMS mechanism was explained by radical scavenging experiments. With the cycle experiments, the catalytic filter provided effective performance until the fifth use and it was seen by the characterization tests that the catalysts were stable on the filter surface. TC degradation in a continuous flow system with catalytic filters was investigated with the parameters of flow rate, bed height and pollutant concentration. The catalytic filters provided effective catalytic performance for 7 hours. As a result, the physicochemical, optical and photoelectrochemical properties of perovskite catalysts were succesffuly improved by different forms of boron nitride and the catalytic activities against various pollutants were greatly increased. This study demonstrated that boron nitride has a promising potential in the field of photocatalysis.
Benzer Tezler
- Derik-Mazıdağ (Mardin) fosfat yataklarının sedimantolojisi
Sedimantological investigation of phosphate beds of Derik-Mazidağ (Mardin) area
HAKAN ÇOBAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Jeoloji MühendisliğiAnkara ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BAKİ VAROL
- Invariant elastic constants of anisotropic solids
Başlık çevirisi yok
ALİ CUMHUR ZİBEL
Yüksek Lisans
İngilizce
1988
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. Y. CEVDET AKGÖZ
- Amorphous to crystalline transition of selenium thin films deposited onto aluminum substrates
Başlık çevirisi yok
H.COŞKUN PINARLI
Yüksek Lisans
İngilizce
1989
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. A. MACİT ÖZENBAŞ
- Synthesis of some sulfides and oxides through solid-state reactions and structural properties
Başlık çevirisi yok
HALİL GÜLER
Yüksek Lisans
İngilizce
1990
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERAL KIZILYALLI
- Construction of a scanning tunneling microscope and its application to graphite surface in air
Başlık çevirisi yok
İSMET İNÖNÜ KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
1990
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞİNASİ ELLİALTIOĞLU
- Radyo televizyon öğretimi veren okullarda öğrenci uygulama ihtiyacını karşılayacak bir televizyon stüdyosu tasarımı
Designing a television studio for the practical use of the television education for the radio television education schools
AHMET DURMAZ