Farklı iyonik sıvılar varlığında metal oksitin sentezi, karakterizasyonu ve aktivitelerinin incelenmesi
Synthesis, characterization, and investigation of activities of metal oxides in the presence of different ionic liquids
- Tez No: 923539
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜLİN SELDA POZAN SOYLU, PROF. DR. İSMAİL AYDIN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 159
Özet
Tekstil endüstrisinin boya içeren atık sularından kaynaklanan su kirliliği sorunu, verimli ve sürdürülebilir arıtma teknolojilerinin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu tez, metil turuncusu (MO) ve metilen mavisi (MB) boyalarının fotokatalitik bozunması için çeşitli iyonik sıvılar ([BMIM]-BF₄, [BMIM]-PF₆ ve [BMIM]-Cl) ile modifiye edilmiş yenilikçi metal oksit fotokatalizörlerin çinko oksit (ZnO) ve bizmut oksit (Bi₂O₃) sentezini ve uygulamalarını araştırmaktadır. X-ışını kırınımı (XRD), Brunauer-Emmett-Teller (BET) yüzey alanı analizi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopi (FT-IR), ultraviyole-görünür (UV-Vis) spektroskopisi ve fotolüminesans (PL) spektroskopisi gibi kapsamlı malzeme karakterizasyonları, iyonik sıvı modifikasyonunun katalizörlerin yapısal, morfolojik ve optik özelliklerini önemli ölçüde değiştirdiğini ortaya koymuştur. Fotokatalitik bozunma deneyleri, farklı ışık kaynakları (UV-A, UV-B, UV-C, halojen, görünür ışık ve doğrudan güneş ışığı) ve pH koşulları altında gerçekleştirilmiştir. [BMIM]-BF₄'nin eklenmesi, ZnO'nun kristalit boyutunu 64 nm'den 28 nm'ye, Bi₂O₃'ün ise 41 nm'den 8 nm'ye düşürmüş; bant aralığını ZnO için 3,25 eV'den 2,50 eV'ye, Bi₂O₃ için ise 2,97 eV'den 2,20 eV'ye daraltmış ve PL spektroskopisiyle doğrulandığı üzere elektron-delik rekombinasyonunu bastırmıştır. Bu modifikasyonlar, fotokatalitik performansı önemli ölçüde artırmış ve UV-B ışığı altında, nötr pH'ta (pH 7) hem MO hem de MB boyalarının (%25 ppm) 30 dakika içinde %100 giderilmesini sağlamıştır. En iyi performansı gösteren fotokatalizörler ZnO-[BMIM]-BF₄ ve Bi₂O₃-[BMIM]-BF₄ olup, reaksiyon hız sabitleri sırasıyla 0,16 dak⁻¹ ve 0,392 dak⁻¹ olarak belirlenmiştir. Kinetik analizler, reaksiyon hızlarının ve verimliliklerinin pH, ışık kaynağı ve kullanılan iyonik sıvıya güçlü bir şekilde bağlı olduğunu ve pseudo-birinci dereceden kinetik davranış sergilediğini doğrulamıştır. Bu çalışma, iyonik sıvı ile modifiye edilmiş metal oksitlerin etkin ve çevre dostu atık su arıtımı için potansiyelini vurgulamakta ve katalizörlerin geri kazanımı, kararlılığı ve gerçek endüstriyel atık sulara uygulanabilirliği konularında daha fazla araştırmanın gerekliliğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
The increasing challenge of water pollution, particularly from dye-laden wastewater produced by the textile industry, demands the development of efficient and sustainable treatment technologies. This thesis explores the synthesis and application of innovative metal oxide photocatalysts zinc oxide (ZnO) and bismuth oxide (Bi₂O₃) modified with various ionic liquids ([BMIM]-BF₄, [BMIM]-PF₆, and [BMIM]-Cl) for the photocatalytic degradation of methyl orange (MO) and methylene blue (MB) dyes. Comprehensive material characterization, including X-ray diffraction (XRD), Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analysis, scanning electron microscopy (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy, and photoluminescence (PL) spectroscopy, demonstrated that ionic liquid modification significantly alters the structural, morphological, and optical properties of the catalysts. Photocatalytic degradation experiments were conducted under various light sources (UV-A, UV-B, UV-C, halogen, visible light, and direct sunlight) and across different pH conditions. The incorporation of [BMIM]-BF₄ notably reduced crystallite size (from 64 nm to 28 nm in ZnO and from 41 nm to 8 nm in Bi₂O₃), narrowed the band gap (from 3.25 eV to 2.50 eV for ZnO and from 2.97 eV to 2.20 eV for Bi₂O₃), and suppressed electron-hole recombination, as evidenced by PL spectroscopy. These modifications significantly enhanced photocatalytic performance, achieving 100% removal of both MO and MB (25 ppm) within 30 minutes under UV-B light at ambient pH (pH 7). The optimal photocatalysts, ZnO-[BMIM]-BF₄ and Bi₂O₃-[BMIM]-BF₄, exhibited reaction rate constants of 0.16 min⁻¹ and 0.392 min⁻¹, respectively. A kinetic analysis confirmed pseudo-first-order behavior, with reaction rates and efficiencies strongly influenced by pH, light source, and the ionic liquid used. This study highlights the potential of ionic liquid-modified metal oxides for effective and eco-friendly wastewater treatment, emphasizing the importance of further research into catalyst recovery, stability, and application to real industrial effluents.
Benzer Tezler
- Structure-performance relationships in ionic liquid-coated supported iridium catalysts: Effects of metal nuclearity, support type, and ionic liquid structure on catalytic performance
İyonik sıvı kaplı destekli iridyum katalizörlerinin yapı performans ilişkisinin incelenmesi: Metal parçacık boyutunun, destek malzemesi çeşidinin ve iyonik sıvı yapısının katalitik performansa etkisi
MELİKE BABUCCİ
Doktora
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER UZUN
- Spectrophotometric determination of molybdenum in natural water by using ionic liquid
İyonik sıvı kullanılarak doğal sularda spektrofotometrik molibden tayini
DİLEK GÖL OTUKFALAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
KimyaEge ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA NİL ERTAŞ
DR. LEVENT PELİT
- Anot çamuru liç solüsyonlarından metal geri kazanımı ve uygulamaları
Metal recovery from anode slime leach solutions and its applications
MEHMET ALİ TOPÇU
Doktora
Türkçe
2021
Metalurji MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VOLKAN KALEM
DOÇ. DR. AYDIN RÜŞEN
- Farklı iyonik sıvılar varlığında iletken polimer/tungsten oksit nanokompozitlerinin elektrokimyasal sentezi ve elektrokromik özelliklerinin incelenmesi
Electrochemical synthesis of conducting polymer/tungsten oxide nanocomposites in different ionic liquids media and investigation of electrochromic properties
ÇİĞDEM DÜLGERBAKİ
Doktora
Türkçe
2016
KimyaSüleyman Demirel ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. Ayşegül UYGUN ÖKSÜZ
- İyonik sıvıların esterifikasyon reaksiyonlarına etkisinin incelenmesi
Investigation of ionic liquids effect in esterification reactions
MELİSA LALİKOĞLU
Doktora
Türkçe
2015
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EROL İNCE