Bakteriyel selüloz sentezi ve enerji uygulamalarında kullanımı
Bacterial cellulose synthesis and its use in energy applications
- Tez No: 818639
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ, PROF. DR. ÜNAL ŞEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomühendislik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 65
Özet
Küresel olarak artan enerji talebinin karşılanması için verimli ve dayanıklı katalizörler geliştirmek, sürdürülebilir enerji teknolojilerini ilerletmek ve fosil yakıtlara bağımlılığı azaltmak oldukça önemlidir. Belirli bakteri türleri tarafından üretilen benzersiz bir biyopolimer olan bakteriyel selüloz, enerji uygulamaları için umut vaat etmektedir. Yüksek yüzey alanı, gözenekliliği ve benzersiz yapısı, onu elektrokimyasal cihazların performansını artırmak için ilgi çekici bir aday haline getirerek daha sürdürülebilir ve verimli enerji dönüştürme sistemlerinin geliştirilmesini sağlar. Metal-organik çerçeveler (MOF'lar), oksijen İndirgeme Reaksiyonlarını katalize etmek için umut verici bir malzeme sınıfı olarak ortaya çıkmıştır. Bu yüksek gözenekli yapılar, katalitik aktiviteleri üzerinde hassas kontrole izin veren yüksek yüzey alanları ve ayarlanabilir gözenekli yapı sergiler. MOF'lar yakıt hücreleri ve diğer sürdürülebilir enerji teknolojilerinde potansiyel uygulamalar sunarak ORR için verimli katalizörler olarak hizmet edebilme potansiyeline sahiptir. Bu çalışmada, tipik bir metal organik çerçeve türü olan Zeolitik İmidazol Kafes-8 yerinde sentez yöntemiyle bakteriyel selüloz (BS) iskelet yapısı üzerine sentezlenmiştir. Bakteriyel selüloz yüzeyinde bol miktarda bulunan hidroksil grupları ZIF-8 yapılarının bakteriyel selüloz yüzeyinde kümelenmesini engelleyerek yüzeye homojen bir dağılım görülmüştür. Ayrıca hazırlanan saf BS, BS@ZIF-8, membran yapılarının BET analizi sonucu yüzey alanlarında önemli değişim görülmüştür. Saf BS membranının hesaplanan yüzey alanı 38.4 m2 g−1 iken, BS@ZIF-8 kompozitin yüzey alanı 1084 m2 g−1 yükseldiği gözlemlenmiştir. Ardından piroliz işlemi ile hazırlanan katalizör ORR performansı incelenmiştir. Geliştirilen katalizör oksijen indirgeme reaksiyonuna (ORR) karşı üstün katalitik performans gösterdiği gözlemlenmiştir. ORR katalizörleri, yakıt hücresi sisteminde ortaya çıkan yakıt geçişi durumunda zehirlenme etkilerinden kaçınmak için metanol gibi yakıtlara karşı güçlü tolerans göstermesi hedeflenmektedir. Yapılan BS@ZIF-8 ve Pt/C'nin metanol tolerans ölçümlerinde metanol eklenmesi üzerine Pt/C katalizörü için ani bir akım düşüşü gözlemlenmiştir. Buna karşılık BS@ZIF-8 katalizörü, metanol ilave edildikten sonra belirgin bir akım bozulması göstermediği, bu sonuç geliştirilen katalizörün önemli ölçüde daha iyi bir zehirlenme önleme özelliği sergileyebileceğini göstermiştir. Mevcut çalışma, yüksek performanslı, sürdürülebilir ve ucuz MOF türevi katalizörler geliştirmek için umut verici bir yöntem olacağını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Developing efficient and durable catalysts, advancing sustainable energy technologies and reducing dependency on fossil fuels are essential to meet the increasing global energy demand. Bacterial cellulose, a unique biopolymer produced by certain bacterial species, shows promise for energy applications. Its high surface area, porosity and unique structure make it an attractive candidate for improving the performance of electrochemical devices, enabling the development of more sustainable and efficient energy conversion systems. Metal-organic frameworks (MOFs) have emerged as a promising class of materials for catalyzing Oxygen Reduction Reactions (ORR). These highly porous structures exhibit high surface areas and tunable porosity, allowing precise control over their catalytic activity. MOFs could serve as efficient catalysts for ORR, offering potential applications in fuel cells and other sustainable energy technologies. In this study, Zeolitic Imidazole Framework-8 (ZIF-8), a typical metal organic framework type, was synthesized on bacterial cellulose (BC) skeleton structure by in situ synthesis method. The hydroxyl groups, which are abundant on the bacterial cellulose surface, prevent the ZIF-8 structures from clustering on the bacterial cellulose surface and provide a homogeneous distribution on the surface. It was observed that the calculated surface area of the pure BC membrane was 38.4 m2 g−1, while the surface area of the BC@ZIF-8 composite increased by 1084 m2 g−1. Then, the ORR performance of the catalyst prepared by the pyrolysis process was examined. The developed catalyst showed superior catalytic performance against ORR. ORR catalysts are targeted to have strong tolerance to fuels such as methanol to avoid poisoning effects in the case of fuel pass through in the fuel cell system. The methanol tolerance measurements of BC@ZIF-8 and Pt/C made show a sudden current drop for the Pt/C catalyst upon addition of methanol. In contrast, the BC@ZIF-8 catalyst shows no significant current degradation after the addition of methanol, resulting in a significantly better antipoisoning property of the developed catalyst. The current work sheds light on a promising way to develop high-performance, sustainable and inexpensive MOF-derived catalysts.
Benzer Tezler
- Fındıktan izole edilen Bacillus sp. suşlarında enzim üretme yeteneklerinin araştırılması ve tanımlanması
Identification and invesitigation of enzyme production capabilities in Bacillus sp. strains isolated from hazelnut
BURAK AKAYDİN
- Biyobozunur bakteriyel selüloz-hyalüronik asit doku iskelelerinin çıt-çıt reaksiyonları ile sentezi ve uygulamaları
Synthesis of biodegradable bacterial cellulose-hyaluronic acid tissue scaffolds via click reactions and their applications
ŞEYMA TURAN OKULMUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Polimer Bilim ve TeknolojisiMarmara ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN
PROF. DR. DİLEK KAZAN
- Mxene (Ti3C2Tx) ile modifiye bakteriyel selüloz nano kompozit doku iskelesi üretimi: Biyolojik davranışların incelenmesi
Production of modified bacterial cellulose nano composite tissue scaffold with mxene (Ti3C2Tx): Investigation of biological behavior
SALİHA NUR İLHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilim ve TeknolojiFatih Sultan Mehmet Vakıf ÜniversitesiBiyomedikal Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH ÇİFTÇİ
- Bakteriyel selüloz üretiminde farklı karbon kaynaklarının değerlendirilmesi
Evaluation of different carbon sources on bacterial cellulose production
TUBA KARAALP
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF.DR. MELEK TÜTER
- Sıfır değerlikli demir nanopartikül içeren bakteriyel selüloz kompozit yara bakım örtüleri
Bacterial cellulose composites wound care dressings containing zero-valent iron nanoparticles
HEDİYE NUR İNCE
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyomühendislikSüleyman Demirel ÜniversitesiRejeneratif Tıp Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜMRAN AYDEMİR SEZER