Production and characterization of self-cleaning clay-based roofing tiles as a building material for environmental remediation
Çevresel iyileştirme için bir yapı malzemesi olarak kendi kendini temizleyen kil esaslı çatı kiremitlerinin üretimi ve karakterizasyonu
- Tez No: 875822
- Danışmanlar: PROF. DR. FETHULLAH GÜNEŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Seramik Mühendisliği, Metallurgical Engineering, Ceramic Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Bu tez kapsamında, çevre temizliği için görünür ışık ile çalışan iki farklı yarı iletken metal oksit kaplamalı kendi kendini temizleyen kiremitler geliştirilmiştir. Demir oksit (α-Fe2O3 fazı) ve çinko oksit (ZnO) kaplamaları uygulanarak foto-aktif kiremitlerin üretimi için hazır ticari bir kil karışımı kullanılmıştır. Ana hedefler, uygulanan kaplamaların kiremitlerin istenilen fiziksel özelliklerini koruyarak veya hatta iyileştirerek kendi kendini temizleme özellikleri sağlaması ve pişirme sıcaklığı ile kaplama konsantrasyonu parametrelerinin optimize edilmesidir. İlk aşamada, pişirme sıcaklığını optimize etmek için 1000°C'den 1100°C'ye kadar 25°C aralıklarla farklı sıcaklıklarda pişirilmiş kiremitler üretilmiştir. Daha sonra bu kiremitler, seçilen konsantrasyonda (50 mM) hem kaplanmamış (saf) formlarında hem de α-Fe2O3 kaplamalı formlarında karakterize edilmiştir. Karakterizasyon, fiziksel, kimyasal, morfolojik, optik, ıslanabilirlik ve fotokatalitik özelliklerinin analizlerini içermektedir. Bulgular, α-Fe2O3 kaplamalı kiremitlerin, kaplamasız kiremitlere kıyasla üstün fotokatalitik aktivite, azalmış su emilimi ve daha düşük gözeneklilik sergilediğini göstermiştir. Ayrıca, ışık aydınlatması altında yüzey ıslanabilirliğinde daha düşük temas açısına doğru belirgin bir geçiş gözlemlenmiştir. En iyi fotokatalitik performans, 1025°C'de pişirilen kiremitler ve α-Fe2O3 kaplamalı örneklerle elde edilmiş olup, %86.1 toplam giderim verimliliği ve 29.21×10-2h-1'lik bir görünen reaksiyon hızı göstermiştir. 1050°C'de pişirilen kiremitler daha iyi stabilite ve estetik görünüm sergilemekle birlikte, %83.7 toplam giderim yüzdesi ve 26.81×10-2h-1'lik görünen reaksiyon hızı ile biraz daha düşük fotokatalitik performans göstermiştir. Dolayısıyla, pişirme sıcaklığındaki küçük değişiklikler, kil kiremitlerin hem fotokatalitik hem de fiziksel özelliklerini önemli ölçüde etkilemiştir. Sonuç olarak, istenilen fiziksel özellikler ve kendi kendini temizleme performans değerleri göz önünde bulundurularak, optimum pişirme sıcaklığı olarak 1050°C seçilmiştir. İkinci aşamada, 1050°C'lik optimize edilmiş pişirme sıcaklığı uygulanarak üretilen kiremitler, farklı konsantrasyonlarda (1mM, 5mM, 25mM, 50mM ve 100mM) ZnO kaplama çözeltisi ile kaplanmıştır. Bu noktada, ilk aşamada uygulanan benzer karakterizasyon prosedürleri gerçekleştirilmiş, ancak ek olarak kiremitlerin mekanik özellikleri de incelenmiştir. Sonuçlar, ZnO kaplama işlemi nedeniyle kil kiremitlerin özelliklerinde önemli bir iyileşme olduğunu göstermiştir. Daha yüksek ZnO konsantrasyonları ile kaplanmış kiremitler, orijinal kaplamasız kiremitlere kıyasla fotokatalitik aktivite ve fiziksel özelliklerde orantılı iyileşmeler göstermiştir; su emilimi ve gözeneklilik azalmıştır. Özellikle, kaplama uygulaması kiremitlerin mekanik performansını olumsuz etkilememiştir. Işık maruziyeti, tüm numunelerde yüzey ıslanabilirliğinde foto-indüklenmiş süperhidrofilikliğe yol açan önemli bir değişikliğe neden olmuştur. Test edilen çeşitli konsantrasyonlar arasında, en uygun çözelti konsantrasyonu 50 mM olarak bulunmuş olup, görünen reaksiyon hızı 40.63×10-2h-1 ve toplam giderim verimliliği %93.72 olarak kaydedilmiştir. Buna karşılık, kaplamasız kiremit, aynı koşullar altında 26.59×10-2h-1'lik bir bozunma hızı ve sadece %79.98 giderim verimliliği göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Within the scope of this thesis, two different semiconductor metal oxide coated visible light-driven self-cleaning clay-roofing tiles have been developed for environmental remediation. A ready-made commercial clay mixture was used for the production of photoactive roofing tiles with iron oxide (α-Fe2O3 phase) and zinc oxide (ZnO) applied as coatings. The main objectives are both to ensure that the applied coatings provide self-cleaning properties by maintaining or even improving the desired physical properties of the tiles and to optimize the firing temperature and coating concentration parameters. In the initial stage, roofing tiles were produced by firing at various temperatures, ranging from 1000°C to 1100°C in 25°C increments, for optimizing the firing temperature. Subsequently, these tiles were characterized in both their pristine (uncoated) forms and α-Fe2O3 coated forms at the selected concentration (50 mM). The characterization included analyses of their physical, chemical, morphological, optical, wettability, and photocatalytic properties. The findings indicated that the roofing tiles coated with α-Fe2O3 exhibited superior photocatalytic activity, reduced water absorption, and lower porosity compared to the pristine tiles. Additionally, a notable transition in surface wettability towards lower contact angles was observed under light illumination. The best photocatalytic performance was achieved with tiles and α-Fe2O3 coated samples fired at 1025°C, which demonstrated an 86.1% total removal efficiency and an apparent reaction rate of 29.21×10-2h-1. Although tiles fired at 1050 °C exhibited better stability and aesthetic appeal, they had slightly lower photocatalytic performance with an 83.7% total removal percentage and an apparent reaction rate of 26.81×10-2h-1. Therefore, even minor adjustments in the firing temperature significantly affected both the photocatalytic and physical properties of the clay roofing tiles. Ultimately, considering the desired physical properties and self-cleaning performance, 1050 °C was determined to be the optimal firing temperature. In the second stage, the tiles produced by applying the optimized firing temperature of 1050°C were coated with different concentrations (1mM, 5mM, 25mM, 50mM, and 100mM) of ZnO coating solution. At this point, similar characterization procedures as in the first stage were carried out, but in addition, the mechanical properties of the tiles were also examined. The results demonstrated a significant enhancement in the properties of clay roofing tiles due to the ZnO coating process. Tiles coated with higher concentrations of ZnO showed proportional improvements in photocatalytic activity and physical characteristics, such as reduced water adsorption and porosity, compared to the original pristine tiles. Notably, the coating application did not adversely affect the mechanical performance of the tiles. Light exposure caused a significant shift in surface wettability, leading to photo-induced superhydrophilicity in all samples. Among the various concentrations tested, the optimal solution concentration was found to be 50 mM, with an apparent reaction rate of 40.63×10-2h-1 and a total removal efficiency of 93.72%. In contrast, the pristine tile exhibited a degradation rate of 26.59×10-2h-1 and achieved a removal efficiency of only 79.98% under the same conditions.
Benzer Tezler
- Hedefli kanser tedavisine yönelik kil katkılı nanopartikül üretimi ve modellenmesi
Production and modeling of clay additive nanoparticle for targeted cancer treatment
DENİZ KARATAŞ
Doktora
Türkçe
2017
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiCevher Hazırlama Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SABRİ ÇELİK
DOÇ. DR. ADEM TEKİN
- Katkılı ve katkısız titanyum dioksit kaplamaların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of doped and non-doped titanium dioxide coatings
CEMRE KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET BURÇİN PİŞKİN
- Sığırkuyruğu Otu (Verbascum sp) yapraklarından esinlenerek kitosan temelli süper hidrofobik film üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of chitosan-based superhydrophobic film inspired by the leaves of Verbascum
IVAN AL-JAF
Doktora
Türkçe
2023
BiyoteknolojiAksaray ÜniversitesiBiyoteknoloji ve Moleküler Biyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT KAYA
- Silisyum dioksit katkılı süperhidrofobik termoplastik kopoliester elastomer yüzeylerin eldesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of silicon dioxide doped superhydrophobic thermoplastic copolyester elastomer surfaces
BATUHAN ZEYREK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiKocaeli ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ DOĞANCI
- Y2O3 ve Yb+3:Y2O3 partiküllerinin üretimi ve karakterizasyonu
Y2O3 and Yb+3:Y2O3 particles production and characterization
ELİF EMİL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN