Mxene/zno kompozit nanopartiküllerin sentezi ve organik kirleticilerin gideriminde kullanılabilirliğinin incelenmesi
Synthesis of mxene/zno composite nanoparticles and investigation of its usability in the removal of organic pollutants
- Tez No: 916319
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEYNEP KARCIOĞLU KARAKAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Çinko Oksit (ZnO), MXene, Fotokataliz, Giderim, ZincOxide (ZnO), MXene, Photocatalysis, Removal
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
Amaç: Çinko Oksit (ZnO) çok çeşitli amaçlarla yaygın bir şekilde kullanılmakta olan önemli bir yarı iletkendir ve birçok organik kirleticinin gideriminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Çinko oksitin farklı malzemelerle birleştirilerek kompozit haline getirildiğinde sahip olduğu fotokatalitik aktivitenin önemli derecede arttırılabilir olduğu bilinmektedir. İki boyutlu malzemeler ailesinin en yeni üyelerinden birisi olan MXene grubu malzemeler katalizör desteği olarak da yaygın kullanım alanı bulmaktadırlar. Buna göre bu çalışmada, ZnO nanopartiküllerin MXene nanopartiküllerle kompozitlenerek atıksulardan organik maddelerin fotokatalitik gideriminde fotokatalizör olarak kullanılanabilecek bir katalizörün sentezlenmesi ve bu süreçte verimi etkileme potansiyeline sahip olan çalışma parametrelerinin etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Yöntem: Bu çalışma, iki aşamalı olarak planlanmış olup ilk bölümde MXene nanoyapıların sentezi ve daha sonra bu malzeme üzerinde çinko oksit nanopartiküllerin yerinde (in-situ) sentezi yapılmış ve daha sonra üretilen ürün malzeme kapsamlı şekilde karakterize edilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde ise sentezlenen MXene/ZnO önemli bir farmasötik kökenli kirletici olan tetrasiklin'in fotokatalitik bozunması sürecinde fotokatalizör olarak kullanılabilirliği incelenmiştir. Ayrıca sıcaklık, katalizör dozajı, kirletici konsantrasyonu, pH ve ışık şiddeti gibi operasyonel parametrelerin süreç verimliliği üzerine etkileri araştırılmıştır. Bulgular: Çalışma kapsamında Ti3AlC2 formundaki MAX fazından MXene tabakaları başarılı bir şekilde üretilmiştir. Üretilen MXene tabakalar üzerinde hidrotermal sentez yöntemiyle ZnO nanopartiküller yerinde sentez (in-situ) yaklaşımıyla başarılı bir şekilde sentezlenmiş ve elde edilen yeni katalizörün yapısal ve morfolojik özellikleri karakterize edilmiştir. Daha sonra bu malzeme atıksulardan tetrasiklin gideriminde fotokatalizör olarak kullanılmış ve oldukça etkili bir giderim sağlandığı gözlemlenmiştir. Bu çalışmalarda çözeltideki kirletici maddenin tamamen giderildiği gözlemlenmiş olup kinetik incelemelerinde sürecin yalancı birinci derece kinetik model ile tam uyumlu olduğu tespit edilmiştir. Sonuç: Çalışmadan elde edilen sonuçlar, ZnO nanopartiküllerin hidrotermal sentez yöntemiyle MXene nanotabakalar üzerinde sentezlendiklerinde şekil ve boyut açısından daha homojen bir yapıda sentezlenebildiklerini göstermiştir. Fotokatalitik oksidasyon sürecinde verim üzerinde etkili olan operasyonel parametrelerin optimize edilmesi için yapılan sistematik denemelerde sıcaklık, katalizör dozajı ve kirletici konsantrasyonu gibi parametrelerin giderim verimi üzerinde önemli bir etkiye sahip oldukları buna karşın pH ve ışık yoğunluğu gibi parametrelerin ise nispeten daha sınırlı bir etkiye sahip oldukları gözlemlenmiştir. Üretilen kompozitin organik maddelerin fotokatalitik giderimi için oldukça iyi bir fotokatalitik aktivite sergilediği buna karşın ölçek büyütme ve maliyet etkinlikleri açısından gerek sentez süreci gerekse de fotokataliz süreci açısından daha kapsamlı optimizasyonların yapılması gerektiği değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Objective: Zinc oxide (ZnO) is a vital semiconductor widely used for various purposes and to remove many organic pollutants. It is known that the photocatalytic activity of zinc oxide can be significantly enhanced when it is combined with different materials into composites. MXene group materials, one of the newest members of the two-dimensional materials family, are also widely used as catalyst support. Accordingly, this study aims to synthesize a catalyst that can be used as a photocatalyst in the photocatalytic removal of organic substances from wastewater by compositing ZnO nanoparticles with MXene nanoparticles and to investigate the effects of operating parameters that have the potential to affect the efficiency in this process. Method: This study was planned in two stages. In the first part, the synthesis of MXene nanostructures and then the in-situ synthesis of zinc oxide nanoparticles on this material. Then, the product material produced was extensively characterized. In the second part of the study, the usability of the synthesized MXene/ZnO photocatalyst as a photocatalyst in the photocatalytic degradation of tetracycline, a crucial pharmaceutical pollutant, was investigated. The effects of operational parameters such as temperature, catalyst dosage, pollutant concentration, pH, and irradiance on the process efficiency were also investigated. Results: Within the scope of the study, MXene sheets were successfully produced from the MAX phase in the form of Ti3AlC2. ZnO nanoparticles were successfully synthesized by in-situ hydrothermal synthesis on the produced MXene sheets, and the structural and morphological properties of the new catalyst were characterized. This material was then used as a photocatalyst for removing tetracycline from wastewater and was found to be highly effective. In these studies, it was observed that the pollutant in the solution was removed entirely, and the process was found to be fully compatible with the pseudo-first-order kinetic model in kinetic studies. Conclusion: The results obtained from the study showed that ZnO nanoparticles could be synthesized in a more homogeneous structure in terms of shape and size when synthesized on MXene nanosheets by hydrothermal synthesis method. In the systematic experiments to optimize the operational parameters that affect the efficiency in the photocatalytic oxidation process, it was observed that parameters such as temperature, catalyst dosage, and pollutant concentration significantly affect the removal efficiency. In contrast, pH and light intensity have a relatively limited effect. It was evaluated that the produced composite exhibited a perfect photocatalytic activity for the photocatalytic removal of organic matter, but more extensive optimizations should be made in terms of both the synthesis process and the photocatalysis process in terms of scale-up and cost-effectiveness.
Benzer Tezler
- Fotokatalitik, antimikrobiyal ve biyouyumlu multifonksiyonel nanoliflerin geliştirilmesi
Development of photocatalytic, antimicrobial and biocompatible multifunctional nanofibers
SULTAN KARAGÖZ
Doktora
Türkçe
2023
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiErciyes ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERTUĞRUL ŞAHMETLİOĞLU
PROF. DR. İLHAN ÖZEN
- Metal oxide and 2d material electrodes for next-generationsupercapacitor: ZNO and mxene
Yeni nesil süperkapasıtor için metal oksit ve 2-boyutlu malzemeelektrotları: Çinko oksit ve mxene
AMEEN UDDIN AMMAR
Doktora
İngilizce
2022
EnerjiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE ERDEM
- Epr-guided defect engineering of fe-doped zno, cigarette-butt–derived activated carbon, and mxene for supercapacitors
Elektron paramanyetık rezonans rehberlığınde fe-katkılı zno, sıgara fıltresı kaynaklı aktif karbon ve mxeneler ıçın kusur mühendıslığı ve süperkapasıtör uygulamaları
İPEK DENİZ YILDIRIM
Doktora
İngilizce
2025
EnerjiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMRE ERDEM
- Çift fonksiyonlu nanokompozit materyaller üzerinde organik kirleticilerin fotokatalitik ve adsorpsiyon temelli giderimi
Photocatalytic and adsorption based removal of organic pollutants on bifunctional nanocomposite materials
ÜMİT BAYRAM
Doktora
Türkçe
2025
Mühendislik BilimleriErciyes ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERKAN YILMAZ
- Contribution of mxene coatings to the performance of nickel based electroactive materials
Mxene kaplamaların nikel bazlı elektroaktif malzemelerein performansına etkisi
BERKE KARAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN