Nano-biyokompozitlerin sentezi, karakterizasyonu ve nadir toprakelementlerinin geri kazanımında kullanılmasının araştırılması
Synthesis and characterization of nano-biocomposites andinvestigation of their use in the recovery of rare earth elements
- Tez No: 984071
- Danışmanlar: PROF. DR. SABRİYE YUŞAN, PROF. DR. CEM GÖK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Metalurji Mühendisliği, Engineering Sciences, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Akıllı malzemeler, Biyomalzemeler, Kompozit malzemeler, Nanokompozitler, Polimer kompozitler, Polimer malzemeler, Yüzeysel soğurma, Intelligent materials, Biomaterials, Composite materials, Nanocomposites, Polymer composites, Polymer materials, Surface adsorption
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu doktora tezinde, nadir toprak elementlerinin geri kazanımı amacıyla çevre dostu, biyobozunur ve yüksek yüzey alanına sahip biyonanokompozitlerin geliştirilmesi, karakterizasyonu ve uygulama potansiyeli araştırılmıştır. Çalışmada özellikle lantanyum (La) ve neodimyum (Nd) gibi lantanit grubuna ait elementlerin sulu çözeltilerden uzaklaştırılması amacıyla, karboksimetil selüloz (CMC) temelli biyopolimerler adsorban olarak kullanılmıştır. Bu amaçla, tekstil atıklarından elde edilen nanokristalin selüloz (NCC), CMC matrisi ile kompozitlenerek CMC/NCC biyonanokompozitleri sentezlenmiş ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), X-Işını Kırınımı (XRD), Dinamik Işık Saçılımı (DLS), X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ileri karakterizasyon yöntemleriyle analiz edilmiştir. Adsorpsiyon çalışmaları kapsamında, pH, sıcaklık, başlangıç iyon derişimi, temas süresi ve adsorban miktarı gibi faktörler dikkate alınarak yürütülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre, CMC/NCC biyonanokompozitleri, La(III) ve Nd(III) iyonlarını yüksek verimle adsorplama yeteneğine sahip olup, optimum adsorpsiyon koşulları belirlenmiştir. Ayrıca, Langmuir, Freundlich ve Dubinin–Radushkevich izoterm modellerine göre deneysel verilerin yüksek uyum gösterdiği belirlenmiş; hesaplanan termodinamik parametreler, adsorpsiyonun endotermik ve kendiliğinden gerçekleşen bir süreç olduğunu ortaya koymuştur. Kinetik analizlerde ise adsorpsiyonun pseudo-second-order modele yüksek derecede uyum gösterdiğini ortaya koymuştur. Bu sonuç, iyonların yüzeyde adsorpsiyon sürecinin hem fiziksel hem kimyasal adsorpsiyon olarak gerçekleştiğini fakat ağırlıklı olarak fiziksel adsorpsiyon (fizisorpsiyon) mekanizmasıyla gerçekleştiğini göstermektedir. Bu tez kapsamında ayrıca seçicilik çalışmaları yürütülmüş ve sistemin farklı metal iyonları varlığında gösterdiği adsorpsiyon davranışı değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, CMC/NCC kompozitlerinin yüksek adsorpsiyon kapasitesine rağmen lantanit iyonlarına karşı belirgin bir seçicilik göstermediğini, bununla birlikte hidrojel yapısının çok sayıda fonksiyonel grup içermesi sayesinde çeşitli metal iyonlarını etkili şekilde uzaklaştırabildiğini ortaya koymuştur. Çalışmanın özgün yönlerinden biri, katkı maddesi kullanılmaksızın, tekstil atıklarından elde edilen nanoselülozun fonksiyonel kompozit matrislerle entegre edilmesidir. Bu yaklaşım, sürdürülebilir atık yönetimi açısından çevreci bir çözüm sunarken, adsorbanların ekonomik üretimine katkı sağlamaktadır. Sonuç olarak, bu tez çalışması, nanoselüloz tabanlı biyokompozitlerin nadir toprak elementlerinin geri kazanımı için yüksek potansiyele sahip bir alternatif sunduğunu ortaya koymaktadır. Çevre dostu yapıları, yüksek adsorpsiyon kapasiteleri, kinetik uygunlukları, pratik uygulanabilirlikleri ve maliyet etkinlikleri sayesinde, bu yeni nesil biyopolimer tabanlı adsorbanların hem endüstriyel hem de çevresel uygulamalarda güçlü bir aday olarak değerlendirilebileceği vurgulanmaktadır. Çalışma ayrıca, Türkiye'deki toryum yataklarında yan ürün olarak bulunan lantanitlerin geri kazanımına yönelik ulusal maden potansiyelinin değerlendirilmesine yönelik önemli katkılar sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this doctoral dissertation, the development, characterization, and application potential of environmentally friendly, biodegradable nanobiocomposites with high surface area were investigated for the recovery of rare earth elements. The study specifically focused on the adsorption of lanthanide group elements, such as lanthanum (La) and neodymium (Nd), from aqueous solutions using carboxymethyl cellulose (CMC)-based biopolymers. For this purpose, nanocrystalline cellulose (NCC) derived from textile waste was composited with a CMC matrix to synthesize CMC/NCC bionanocomposites, which were analyzed using advanced characterization techniques including FTIR, SEM, XRD, DLS, and XPS. Adsorption experiments were conducted by considering parameters such as pH, temperature, initial ion concentration, contact time, and adsorbent dosage to evaluate their effects on performance. The results demonstrated that CMC/NCC bionanocomposites exhibited a high capacity for La(III) and Nd(III) adsorption, and the optimum adsorption conditions were determined. Experimental data showed a strong fit with the Langmuir, Freundlich, and Dubinin-Radushkevich isotherm models, while the calculated thermodynamic parameters indicated that the adsorption process was endothermic and spontaneous. Kinetic studies revealed that the adsorption closely followed the pseudo-second-order model, indicating that ion retention on the surface was primarily governed by chemical interactions and that the adsorption rate was controlled by chemisorption mechanisms. Additionally, selectivity experiments were carried out to evaluate the adsorption behavior in the presence of different competing metal ions. The results indicated that although the CMC/NCC composites displayed high adsorption capacity, they did not exhibit pronounced selectivity for lanthanide ions. Nonetheless, owing to the hydrogel structure rich in functional groups, the materials effectively removed various metal ions from solution. One of the innovative aspects of this study is the integration of nanocellulose derived directly from textile waste into functional composite structures without the need for additional chemical additives. This approach offers an environmentally friendly solution for sustainable waste management while also providing economic advantages in adsorbent production. In conclusion, this dissertation demonstrates that nanocellulose-based biocomposites present a promising alternative for the recovery of rare earth elements. With their eco-friendly nature, high adsorption capacity, favorable kinetic behavior, applicability, and cost-effectiveness, these new-generation biopolymer-based adsorbents are strong candidates for both industrial and environmental applications. Furthermore, the study contributes significantly to the utilization of national resources by offering an approach to recover lanthanides, which are by-products of thorium deposits in Türkiye.
Benzer Tezler
- Akıllı polimerden biyokompozit malzeme tasarımı ve 3 boyutlu yazıcıda kullanımı
Smart polymer biocomposite material design and use in 3D printing
ERDOĞAN KARİP
Doktora
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiFırat ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHTAP MURATOĞLU
- Elektrospinning ile polilaktik asit (PLA) esaslı kenevir elyaf takviyeli biyo-kompozit nano lif sentezi ve karakterizasyonu
Synthesi̇s and characterization of polylactic acid (PLA)-based hemp fi̇ber-rei̇nforced bi̇o-composite nanofi̇bers via electrospinning
KEMAL KARADAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
KimyaNiğde Ömer Halisdemir ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERSEN TURAÇ
- Biyopolimer esaslı makro ve mikro akışkan hidrojel sistemler ve biyomedikal uygulamalarının araştırılması
Biopolymer based macro and micro fluidic hydrogel systems and investigation of biomedical applications
SABİHA DEMİRCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
BiyokimyaMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA AYHAN
- Aljinat/grafen oksit nanobiyokompozitlerinin sentezlenmesi, karakterizasyonu ve sulu çözeltilerden Th (IV)) iyonlarının giderim özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and characterization of alginate/graphene oxide nanobiocomposite and investigation of removal properties of Th (IV) ions from aqueous solutions
NİLDENİZ ADMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
KimyaEge ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SABRİYE YUŞAN
- Kitosan/organokil biyonanokompozitlerinin sentez ve karakterizasyonu
Synthesis and characteization of chitosan/organoclay bionanocomposites
RESUL ŞAHİN