Biyopolimer temelli katalizörlerin biyolojik aktivitelerinin incelenmesi ve yapay fotosentez uygulamaları
Investigation of biological activities of biopolymer based catalysts and applications of artificial photosynthesis
- Tez No: 938284
- Danışmanlar: PROF. DR. İMREN HATAY PATIR, PROF. DR. CRISTINA POTRICH
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Enerji, Biotechnology, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Selçuk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 240
Özet
Büyüyen ekonomiler, nüfus artışları, yaşam kalitesindeki değişiklikler dünya ekonomilerinin enerjiye olan bağımlılıklarını, enerjiye güvenilir ve ekonomik yollardan ulaşmanın önemini vurgulamaktadır. Enerji talebini karşılamak için çoğunlukla fosil yakıtlar kullanılması çevre kirliliğine neden olarak büyük zararlar verilmektedir. Geleneksel enerji üretim yöntemlerinin yerini alacak farklı yeşil ve ekolojik yöntemler bulmak tüm insanlık için kaçınılmaz bir hal almıştır. Küresel ısınma ve çevre kirliliğinin bir sonucu olarak sürekli artmaya devam eden CO2'in azaltılması için fosil yakıtlar yerine yenilenebilir enerji kaynakları ve yeşil enerji üretim teknikleri kullanılması büyük önem arz etmektedir. Bu tez çalışması kapsamında karbon temelli ve biyopolimer temelli katalizörler sentezlenerek yapısal, optik ve morfolojik karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Elde edilen katalizörlerin yapay fotosentez uygulamaları ve biyolojik aktivite çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Karbon temelli katalizörler olarak CNT/ZnO, rGO/ZnO ve TEGO/ZnO nanokompozit katalizörleri sentezlenmiş ve fotokatalitik hidrojen üretim çalışmaları gerçekleştirilmiştir. CNT/ZnO, rGO/ZnO ve TEGO/ZnO nanokompozitlerinin fotokatalitik hidrojen üretim aktiviteleri, MoSx ve Pt yardımcı katalizörleri kullanılarak araştırılmıştır. Fotodepozisyon yöntemi ile üzerine yardımcı katalizör katkılanan katalizörlerin geliştirilmiş hidrojen üretim verimliliği, yüksek aktif yüzey alanı, yük ayrımı ve doymamış S atomlarının oluşumu, düşük ekziton oluşumu hızı ile ilişkilendirilmiştir. Biyopolimer temelli katalizörler olarak ticari SiC ve elektro eğirme yöntemiyle elde edilen lantanit grubu geçiş metal oksitlerinden CeO2 ve Yb2O3 (Yb2O3/SiC ve CeO2/SiC) nanofiber katalizörlerinin geniş bant aralığı nedeniyle EY boyar maddesi ile ışığa duyarlı hale getirilmiş biyolojik destek malzemesi olarak sodyum aljinat, selüloz, kitosan ve kitin gibi biyopolimerlerin varlığında fotokatalitik hidrojen üretim aktiviteleri incelenmiştir. Biyopolimer tabanlı yapılarının oluşturulması ile elde edilen organik/inorganik yapılı katalizörler sayesinde aktif reaksiyon yüzey alanının ve iletkenliğin arttırılması aynı zamanda elektron/boşlukların rekombinasyonunun azaltılması öngörülmektedir. Ayrıca, MoSx veya Pt ortak katalizör öncüleri varlığında sodyum aljinat, selüloz, kitin ve kitosan gibi farklı biyopolimerler destek malzemesi olarak kullanılmasıyla SiC katalizörlüğünde gerçekleştirilen fotokatalitik hidrojen üretim aktiviteleri arttırılmıştır. Tüm biyopolimerler, aktif yüzey alanı sağlaması, aglomerasyonunun önlenmesi, elektron transferini kolaylaştırılması ve katalizörler ile yardımcı katalizörler için bağlanma alanı sağlayarak katalizörlerin hidrojen üretim aktivitesini artırması amaçlanmıştır. Sodyum aljinat, kitosan, selüloz ve kitinin yarı iletkenler için biyolojik destek malzemesi olarak kullanımı, biyopolimer ile inorganik katalizör arasındaki sinerjik etki sayesinde hidrojen üretim aktivitesinin arttığını ortaya koymaktadır. Biyopolimerin destek malzemesi olarak kullanıldığı çalışmalarda morfolojik ve optik bulgular, biyopolimerlerin fotokatalitik hidrojen üretim reaksiyonlarında etkili destek malzemesi rolünü doğrulamaktadır. Ayrıca, tez kapsamında gerçekleştirilen antibakteriyel aktivite çalışmalarında kullanılan SiC, Yb2O3/SiC ve CeO2/SiC kompozit malzemelerinin hem E. coli hem de S. aureus bakterileri üzerinde karanlık ve LED ışık ortamında herhangi bir antibakteriyel aktivite göstermediği anlaşılmaktadır. Bu tez çalışması, katalizörlerin fotokatalitik hidrojen üretim performansını önemli ölçüde iyileştirmek için biyolojik destek malzemelerinin ve ortak katalizör entegrasyonu ile birlikte kullanılmasının potansiyelini vurgulamakla birlikte verimli ve sürdürülebilir enerji dönüşüm teknolojilerinin geliştirilmesine yol açmaktadır.
Özet (Çeviri)
Growing economies, population increases, and changes in the quality of life emphasize the world's economies' dependence on energy and the importance of accessing energy through reliable and economical means. The predominant use of fossil fuels to meet energy demand causes significant harm due to environmental pollution. Finding alternative green and ecological methods to replace traditional energy production methods has become an inevitable necessity for all humanity. The use of renewable energy sources and green energy production techniques instead of fossil fuels is of great importance to reduce the continuously increasing CO2 levels as a result of global warming and environmental pollution. In this thesis, carbon-based and biopolymer-based catalysts were synthesized, and their structural, optical, and morphological characterizations were performed. Applications of artificial photosynthesis and studies on biological activity were conducted with the obtained catalysts. As carbon-based catalysts, CNT/ZnO, rGO/ZnO, and TEGO/ZnO nanocomposite catalysts were synthesized, and photocatalytic hydrogen production studies were carried out. The photocatalytic hydrogen production activities of CNT/ZnO, rGO/ZnO, and TEGO/ZnO nanocomposites were investigated using MoSx and Pt co-catalysts. The improved hydrogen production efficiency of the catalysts, enhanced active surface area, charge separation, formation of unsaturated S atoms, and low exciton formation rates were associated with the co-catalysts applied through the photodeposition method. As biopolymer-based catalysts, commercial SiC and nanofiber catalysts obtained from lanthanide group transition metal oxides such as CeO2 and Yb2O3 (Yb2O3/SiC and CeO2/SiC) were made light-sensitive with EY dye due to their wide bandgap, in the presence of biopolymers such as sodium alginate, cellulose, chitosan, and chitin. Photocatalytic hydrogen production activities were investigated. It is anticipated that the increase in active reaction surface area and conductivity, along with the reduction of electron/hole recombination, will be achieved through the organic/inorganic structured catalysts obtained by forming biopolymer-based structures. Additionally, using different biopolymers such as sodium alginate, cellulose, chitin, and chitosan as support materials in the presence of MoSx or Pt co-catalyst precursors has enhanced the photocatalytic hydrogen production activities carried out with SiC catalysis. All biopolymers aimed to increase the hydrogen production activity of the catalysts by providing active surface area, preventing agglomeration, facilitating electron transfer, and providing binding sites for catalysts and co-catalysts. The use of sodium alginate, chitosan, cellulose, and chitin as biological support materials for semiconductors indicates that the hydrogen production activity has increased due to the synergistic effect between the biopolymer and the inorganic catalyst. Morphological and optical findings in studies using biopolymers as support materials confirm their effective role in photocatalytic hydrogen production reactions. Furthermore, in the antibacterial activity studies conducted as part of this thesis, it was found that the SiC, Yb2O3/SiC, and CeO2/SiC composite materials showed no antibacterial activity against both E. coli and S. aureus bacteria in dark and LED light environments. This thesis highlights the potential of using biological support materials and co-catalyst integration to significantly improve the photocatalytic hydrogen production performance of catalysts, leading to the development of efficient and sustainable energy conversion technologies.
Benzer Tezler
- Improvement of water sensitivity, mechanical properties and utilization of hemicellulose based polymeric materials
Hemiselüloz temelli polimerik malzemelerin su hassasiyetinin, mekanik özelliklerinin ve kullanım alanlarının geliştirilmesi
MERVE AKKUŞ
Doktora
İngilizce
2015
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UFUK BÖLÜKBAŞI
PROF. DR. NECATİ ÖZKAN
- Çitosan-graft-poliakrilonitril/bor nanobiyokompozit sentezi
Bionanocomposite synthesis of chitosan-graft-polyacrylonitrile / boron
NERMİN SİMGE ÖZTEKİN
- Biyopolimer temelli biyoaktif yenilebilir filmlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of biopolymer-based bioactive edible films
DENİZ ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE KARAKEÇİLİ
- Biyopolimer temelli nanokompozit sistemleri içeren elektrokimyasal biyosensörlerin geliştirilmesi
Development of electrochemical biosensors with biopolymer based nanocomposite systems
VİLDAN ŞANKO
- Nanoliflerin üretilmesi, karakterizasyonu ve biyomedikal uygulamaları
Production, characterization and biomedical applications of nanofibers
ERAY ER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyokimyaEge ÜniversitesiBiyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DİLEK ODACI DEMİRKOL