TiO2 nanotelleri içeren yeni kitosan-polistiren bazlı nanokompozitlerin hazırlanması ve termal ve biyolojik özelliklerinin incelenmesi
Preparation of new chitosan-polystyrene based nanocomposites containing TiO2 nanowires and investigation of their thermal and biological properties
- Tez No: 938467
- Danışmanlar: PROF. DR. CEMAL ÇİFCİ, PROF. DR. İBRAHİM EROL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Afyon Kocatepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 93
Özet
Bu tez çalışmamızda, son yıllarda sentetik hammaddelerden üretilen atıkların yarattığı kalıcı çevresel ve sağlık sorunlarının ele alınmasına vurgu yaparak, ekolojik olarak sürdürülebilir bir biyopolimer olan kitosandan (CS) türetilen nanokompozitlerin sentezi ve karakterizasyonuna odaklanmıştır. Bu araştırmanın ilk aşamasında, yan zincirlerinde flor atomlarını içeren sentetik bir polistiren türevi olan PFST polimeri sentezlendi ve bu polimer daha sonra hidrotermal yöntem kullanılarak CS ile karıştırıldı. Buna takiben, PFST-CS/TiO2 nanokompozitler, aynı metodolojik çerçeve kapsamında değişen ağırlık oranlarında TiO2 nanotüplerin (NW) PFST-CS karışımına eklenmesiyle türetildi. Elde edilen kompozitlerin içerik, yapısal ve morfolojik özellikleri, FTIR (Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopisi), SEM (Taramalı Elektron Mikroskopisi), EDX (Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi) ve TEM (Transmisyon Elektron Mikroskopisi) dahil olmak üzere karmaşık karakterizasyon teknikleri kullanılarak titizlikle analiz edildi. Yapılan SEM analizleri, PFST ve TiO2 NW'nin dahil edilmesinin CS matrisinin morfolojisinde önemli bir değişikliğe yol açtığını ve böylece yüzey etkileşimlerini geliştirdiğini ortaya koydu. FTIR değerlendirmeleri, PFST ve CS polimer zincirleri arasında hidrojen bağlarının oluşumunu gösterdi ve bu da TiO2 NW'ler ile daha sağlam bir arayüz etkileşimi ile sonuçlandı. Termal özellikleri belirlemek için kullanılan Termogravimetrik Analiz (TGA) ve Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi (DSC) deneyleri, PFST-CS karışımının saf CS'ye kıyasla üstün termal kararlılık ve yüksek camsı geçiş sıcaklığı (Tg) değerleri sergilediğini göstermiştir. Özellikle, PFST'nin flor içeren yan dallarının, CS zincirlerinde bulunan hidroksil (OH) ve amin (NH2) fonksiyonel gruplarıyla güçlü etkileşimler yoluyla termal stabiliteyi artırdığı varsayılmaktadır. Ayrıca, TiO2 NW ilavesi üzerine kompozitlerin termal bozunma profilinin daha yüksek sıcaklık eşiklerine doğru kaydığı gözlemlenmiştir. Malzemelerin su temas açısı (hidrofilik/hidrofobik özellikler) incelendiğinde, PFST ve TiO2 NW'nin dahil edilmesinin CS yüzeyinin hidrofilik yapısını arttırdığı ortaya çıkmıştır. Bu gözlem, CS matrisi içinde PFST tarafından oluşturulan sinerjik etkileşimlerle birleştiğinde TiO2 NW'lerin yüksek yüzey enerjisinin kanıtı olarak yorumlanabilir. Tersine, empedans spektroskopisi ile açıklanan dielektrik davranışlar, TiO2 NW ilavesiyle PFST-CS kompozitlerinin hem dielektrik sabiti hem de AC iletkenlik değerlerinde bir azalma olduğunu ortaya çıkardı, bu da TiO2 NW'lerin kompozit malzemeye yalıtkanlık özelliği kazandırdğını gösterir. Biyolojik açıdan, sentezlenen nanokompozitlerin E. coli ve C. albicans suşlarına karşı antimikrobiyal etkinliğinin saf CS'den belirgin şekilde üstün olduğu tespit edilmiştir. Antimikrobiyal etkinin, bir yandan PFST'nin flor bakımından zengin yapısına ve diğer yandan yüzey etkileşimlerinin ve TiO2 NW'lerin fotokatalitik özelliklerinin bir sonucu olarak üretilen reaktif oksijen türlerine atfedilebileceği öne sürülmektedir. Ayrıca, DPPH radikal süpürme aktivite deneyleri, PFST ile harmanlamanın ardından CS tarafından sergilenen radikal inhibisyon yüzdesinin azaldığını göstermiştir. Bu düşüşe rağmen, ortaya çıkan nanokompozitlerin antimikrobiyal aktivitesinde dikkate değer bir artış gözlendi. Özetle, bu tez çalışmaları kapsamında geliştirilen PFST-CS/TiO2 nanokompozitlerinin, gelişmiş yüzey etkileşimi ve yüksek termal kararlılık gibi faydaların yanı sıra övgüye değer antimikrobiyal performans ve avantajlı dielektrik özellikler gösterdiği belirlenmiştir. Tüm bulguları değerlendirdikten sonra, bu yeni nesil biyobazlı nanokompozitlerin, biyolojik olarak parçalanmayan geleneksel ambalaj malzemelerine sürdürülebilir bir alternatif olarak hizmet etme potansiyeline sahip olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, emphasis is placed on addressing the persistent environmental and health issues caused by waste originating from synthetic raw materials in recent years, with a particular focus on synthesizing and characterizing nanocomposites derived from chitosan (CS), an ecologically sustainable biopolymer. In the first phase of this research, a synthetic polystyrene derivative (PFST) containing fluorine atoms in its side chains was synthesized and subsequently blended with CS via a hydrothermal process. Following this, PFST-CS/TiO2 nanocomposites were produced by incorporating TiO2 nanotubes (NWs) at varying weight ratios into the PFST-CS mixture, using the same methodological framework. The structural and morphological properties of the resulting composites were meticulously analyzed using advanced characterization techniques, including Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), and Transmission Electron Microscopy (TEM). SEM analyses revealed that the inclusion of PFST and TiO2 NWs led to a significant morphological change in the CS matrix, thereby enhancing surface interactions. FTIR evaluations indicated the formation of hydrogen bonds between the PFST and CS polymer chains, resulting in stronger interfacial interactions with the TiO2 NWs. Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) were employed to determine the thermal properties, demonstrating that the PFST-CS blend exhibits superior thermal stability and a higher glass transition temperature (Tg) compared to pure CS. In particular, the fluorine-containing side chains of PFST is assumed to enhance thermal stability through strong interactions with the hydroxyl (OH) and amine (NH2) functional groups in the CS chains. Moreover, the addition of TiO2 NWs shifted the thermal degradation profile of the composites to higher temperature thresholds. Examination of the water contact angle (hydrophilic/hydrophobic properties) showed that incorporating PFST and TiO2 NWs enhanced the hydrophilic nature of the CS surface. This observation may be viewed as evidence of the high surface energy associated with TiO2 NWs, combined with the synergistic interactions introduced by PFST in the CS matrix. Conversely, impedance spectroscopy analyses of dielectric behaviour revealed that adding TiO2 NWs decreased both the dielectric constant and AC conductivity values in PFST-CS composites, indicating that TiO2 NWs impart an insulating character within the composite architecture. From a biological perspective, the synthesized nanocomposites displayed significantly higher antimicrobial activity against E. coli and C. albicans strains than pure CS. It has been suggested that this antimicrobial efficacy could be attributed both to the fluorine-rich structure of PFST and to the reactive oxygen species generated as a result of surface interactions and the photochemical properties of TiO2 NWs. Additionally, DPPH radical scavenging experiments indicated a reduction in the radical inhibition percentage of CS following blending with PFST; nevertheless, the newly formed nanocomposites exhibited a marked increase in antimicrobial activity. In summary, within the parameters of this thesis, the PFST-CS/TiO2 nanocomposites developed were found to offer enhanced surface interactions and high thermal stability, as well as commendable antimicrobial performance and advantageous dielectric properties. After evaluating all findings, it can be concluded that this new generation of bio-based nanocomposites holds the potential to serve as a sustainable alternative to conventional, non-biodegradable packaging materials.
Benzer Tezler
- Farklı uygulama alanları için nano boyutta bor esaslı malzemelerin sentez ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of boron based nano-sized materials for different application areas
CANSU NOBERİ
Doktora
Türkçe
2017
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ KAYA
- Anodik oksidasyon yöntemi ile üretilen titanyum oksit nanotüplerin hidrojen algılama özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the hydrogen sensing properties of titanium dioxide nanotubes fabricated by anodic oxidation technique
ZELİHA ÇOLAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFER ZİYA ÖZTÜRK
- Preparation of indium tin oxide thin films and investigation of hydrogen post-treatment effect
İndiyum kalay oksit ince filmlerin hazırlanması ve hidrojen ile indirgeme etkisinin incelenmesi
GÖKÇEN GÖKÇELİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- Tavlama sıcaklığının anodik oksidasyon ile büyütülen TiO2 nanotüplerin fotokatalitik aktivitelerine etkisi
The effects of annealing temperature on photocatalytic activity of TiO2 nanotubes grown by anodic oxidation
ATAKAN YÜKSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiErzincan Binali Yıldırım ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ERCAN EKİNCİ
- Effect of electrolyte and electrical parameters on the anodic oxidation of ti to improve photocatalytic performance of TiO2 nanotube structures
TiO2 nanotüp yapıların fotokatalitik performansını artırmak için ti'nin anodik oksidasyonu üzerine elektrolit ve elektriksel parametrelerin etkisi
MERT ALTAY
Doktora
İngilizce
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN