Fabrication of TiO2 nanoparticle sprayed PAN/PA6 layer-by-layer superimposed composite nanofiber membrane for dye removal
Boya giderimi için TiO2 nanoparçacık spreylenmiş PAN/PA6 katman-katman süperimpoze kompozit nanofiber membran üretimi
- Tez No: 863667
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DERYA YÜKSEL İMER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Nanoteknoloji boyutu 100 nm'ye kadar olan malzemelerin çalışmalarını içeren bilimdir ve çeşitli kriterlere göre sınıflandırılan bu malzemeler birçok alanda benzersiz özellikler sunar. Çapı 50-300 nm arasındaki nanofiberler yüksek yüzey alanı/hacim oranı ve gözenekliliği sayesinde yaygın olarak kullanılmakta ve SEM, EDS, FTIR gibi ölçümlerle karakterize edilmektedir. Elektroeğirme nanofiber üretiminde oldukça sık kullanılan bir üretim tekniğidir. Çok ince lif elde edimi, endüstriyel üretim imkanı, yüksek yüzey alanı sağlama gibi avantajları yanında seri üretim karmaşası, farklı yüzey üstünde yerinde biriktirme gibi dezavantajları da bulunan bu teknik ayarlanabilir proses, solüsyon ve ortam parametreleriyle üretime izin vermektedir. Elektroeğirme işlemine tabi tutulabilme kapasiteleri olan PAN ve PA6 endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Stabilitesi ve kimyasal direnci yüksek olan PAN ve mukavemeti ve dayanıklılığı yüksek olan PA6 kompozit bir yapıda üretilerek nanofiber membranların özellikleri geliştirilmektedir. Elektroeğirilmiş nanofiber membranlar biyomedikal uygulamalar açısından kontrollü ve hedefli ilaç salınımında, enerji uygulamaları açısından lityum-iyon pil elektrotlarında, enerji depolamasında, hidrojen teknolojisinde, çevresel uygulamalar açısından atık sulardan organik boyaların uzaklaştırılmasında kullanılmaktadır. Özellikle su kaynaklarının yetersiz olması ve su kaynaklarının kirletilmesi problemleri nanofiber membranların çevresel uygulamalarına dikkat çekmektedir. Bu tez çalışmasında elektroeğirme tekniği kullanılarak nanofiber membranlar üretilmiş ve karakterize edilerek performans testleri uygulanmıştır. Tek başlarına kullanıldıklarında membranlarda çeşitli dezavantajlara sebep olabilen PAN ve PA6 polimerleri, membranlara ekstra özellik katacak şekilde katman katman empoze edilmiştir. Bu iki farklı polimer ve nanoparçacık olarak TiO2 kullanılarak membranlar her katman bir saatlik sürecek şekilde tek, üç ve beş katmanlı yapıda olacak şekilde üretilmiştir. Çalışmalar iki ana başlık altında özetlenebilir: i) membranların üretimi ve karakterizasyonu ve ii) boya giderim testleri. Deneylerin ilk aşamasında ağırlıkça %10'luk PAN ve %13'lük PA6 polimer çözeltileri ve spreylemede kullanılacak şekilde %10'luk TiO2 çözeltileri hazırlanmıştır. Oranlar literatür araştırması ile daha önceki çalışmalara göre belirlenmiştir. Bu solüsyonlar ile katman katman empoze edilmiş tek, üç ve beş katmanlı membranlar üretilmiştir. Membranlar boya giderim testleri öncesi, topografisi için SEM, kompozisyonu için FTIR ve nanopartikül varlığı için SEM-EDS ve teknikleri ile karakterize edilmiştir. Dolayısıyla fiber çapları, organik-inorganik bağlar ve nanomateryal varlığı tespit edilmiştir. Boya giderim testlerinde, organik boya olarak MB kullanılmıştır. MB'nin absorbans ve konsantrasyon arasındaki ilişkisi kalibrasyon eğrisiyle bulunmuştur. Denge zamanı spektroskopide 665 nm'deki absorbans ölçümleriyle 8 saat olarak tespit edilmiştir. Deneyler üç tekrarlı olarak yapılmıştır. Membranların adsorpsiyon kapasitelerini ölçmek için farklı kütlelerde nanofiber membranlar kullanılarak adsorpsiyon izotermleri hesaplanmıştır. Yüzey alanının artması ve katman katman yapısı veya nanomateryal eklenmesi ile adsorpsiyon kapasitesi ve boya giderim verimi artmıştır. Adsorpsiyon testi sonucunda maksimum boya giderim verimleri %49.1-58.3 arasında değişkenlik göstermiştir. Beş katmanlı üretilen membran ile TiO2 biriktirilen üç katmanlı membranların boya giderimleri birbirlerine yakın değerler olarak bulunmuştur. TiO2'nin fotokatalitik aktivitesini gözlemlemek için 9 W gücündeki UV ışığı altında fotokatalitik testler yapılmıştır. TiO2'nin varlığı boya giderim verimini %9-13.7 oranında artırmıştır. Elde edilen sonuçlar fotokataliz işleminin gerçekleştiğini göstermiştir. Tekrar kullanılabilirlik testi ile membranların her kullanımdan sonraki tekrar boya giderimleri üç döngüde ölçülmüştür. Beklendiği gibi verimliliğin her döngü sonrasında daha da azaldığı tespit edilmiştir. İkinci döngüde boya giderim verimi %8.7-12.6 oranında azalmıştır. Üçüncü döngü sonunda ise boya giderim verimi %10.9-16 oranında azalmıştır. Fotokatalitik ajanların her döngüde azalması ve membranların adsorpsiyon kapasitesinin de kullanılması sebebiyle sonraki döngülerde yıkama işlemine tabi tutulsa da azalması beklenti kapsamında gerçekleşmiştir. Filtrasyon testi ile membranların geçirgenliği ölçülmüştür ve boya giderim verimlilikleri filtrasyon işleminde de ölçülmüştür. Boya giderim verimi tek katlı membranlarda %18, üç katlı membranlarda %45, beş katlı membranlarda %55 seviyesinde gerçekleşmiştir. TiO2 biriktirilen membranların boya giderimleri %51-56 arasında değişkenlik göstermiştir. Yapılan deneyler sonucunda membran yüzey alanının artması adsorpsiyon oranını artırmıştır. Membranlarda TiO2 biriktirilmesi adsorpsiyon oranını ve boya giderim verimini artırmıştır. TiO2 biriktirilen membranlar UV altında beş katmandan oluşan membran ile çok yakın değerde boya giderim verimi sağlamıştır. TiO2'nin iç yüzeyde biriktirildiği membrandaki boya giderimi, üst yüzeyinde TiO2 biriktirilmiş membranlardan daha iyi sonuçlar vermiştir.
Özet (Çeviri)
Nanotechnology is the science that involves the study of materials up to 100 nm in size, and these materials, classified according to various criteria, offer unique properties in many fields. Nanofibers between 50-300 nm in diameter are widely used owing to their high surface area/volume ratio and porosity. Electrospinning is a frequently used production technique in nanofiber production. This technique, which has advantages such as obtaining ultra fine fibers, mass production possibilities and providing high surface area, but also disadvantages such as mass production complexity and in-situ deposition on different surfaces. PAN and PA6 polymers, which have the capacity to be electrospinned, are widely used in industry. The properties of nanofiber membranes are improved by producing PAN, which has high stability and chemical resistance, and PA6, which has high strength and durability, in a composite layer-by-layer structure. Electrospun nanofiber membranes are used in biomedical, energy and environmental applications. In particular, the problems of insufficient water resources and pollution of water resources draw attention to the removal of organic dyes from wastewater for environmental applications of nanofiber membranes. The thesis focuses on fabrication of layer-by-layer superimposed nanofiber membranes and observing the photocatalytic activities by depositing TiO2 NP in a way that combines the properties of electrospinnable polymers frequently used in synthesising with the sequencial electrospinning technique for dye removal. PAN and PA6 polymers were superimposed layer-by-layer by sequencial electrospinning and the surface was formed to deposit TiO2. Thus, photocatalytic property under UV was imparted to the membrane surface and oxidation of methylene blue (MB), the model organic dye, was achieved. At the end of the 8-hour, the equilibrium time, dye removal efficiencies varied between 49.1-58.3%, and under UV, it increased by 9-13.7% due to the photocatalysis process. Since the dye removal efficiency decreases by 8.7-12.6% at the end of the 2nd use and by 10.9-16% at the end of the 3rd use, it can be said that the membranes can be reused at least 3 times owing to sustain the dye removal property. The dye removal efficiency of membranes subjected to filtration is 18% for one-layer nanofiber membranes, 45% for three-layer-by-layer nanofiber membranes, and 55% for five-layer-by-layer nanofiber membranes, and in TiO2 deposited composite nanofiber membranes, it varied between 51-56%. The results obtained showed that increasing the surface area of nanofiber membranes increased the adsorption until saturation, TiO2 deposition to 3-layer-by-layer nanofiber membranes increased the dye removal efficiency, and even provided a dye removal efficiency very close to the five-layer-by-layer nanofiber membrane under UV. The fact that the dye removal in the nanofiber membrane with TiO2 deposited below the top surface gives better results than the nanofiber membranes with TiO2 deposited on the top surface indicates that the formation of layer-by-layer superimposed composite nanofiber membrane provides mechanical advantage in terms of the photocatalytic agent.
Benzer Tezler
- Fabrication and characterization of nanocomposite thin films for dielectric applications
Dieleltrik uygulamalar için nanokompozit ince filmlerin üretimi ve karakterizastyonu
SERDAR GÜLTEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Bilim ve TeknolojiDokuz Eylül ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDAL ÇELİK
- TiO2 nanofiber/mxene nanokompozit tabanlı kuantum nokta duyarlı güneş pillerinin üretilmesi ve incelenmesi
Fabrication and investigation of TiO2 nanofiber/mxene nanocomposite based quantum dot sensitized solar cells
ABUZER FİKRET DEMİREL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiKilis 7 Aralık ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT YALÇIN
- Fabrication of nanostructured metal oxide materials and their use in energy and environmental applications
Nanoyapılı metal oksit malzemelerin üretimi ve enerji ve çevre uygulamalarında kullanımı
MEHMET DURMUŞ ÇALIŞIR
Doktora
İngilizce
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KILIÇ
- Fabrication of hollow fiber nanofiltration membranes: role of nanocomposites in membrane performance
İnce boşluklu (Hollow fiber) nanofiltrasyon membranlarının üretimi: membran performansında nanokompozitlerin rolü
GÜLSÜM MELİKE ÜRPER BAYRAM
Doktora
İngilizce
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Nanopartikül ilavesinin farklı protez kaide rezinlerinin mekanik ve fiziksel özelliklerine etkisinin değerlendirilmesi
Evaluation of the effect of nanoparticle addition on the mechanical and physical properties of different denture base resins
BEŞAR İZZETAĞA
Doktora
Türkçe
2024
Diş HekimliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GAYE SAĞLAM