Su arıtımında fonksiyonel nanoyapılar: Mof, nanopartikül ve mof-nanopartikül hibrid malzemelerin karakterizasyonu ve performans analizi
Functional nanoparticles in water treatment: Characterization and performance analysis of mof, nanoparticle and mof-nanoparticle hybrid materials
- Tez No: 998682
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GAMZE TOPAL CANBAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Atık su arıtma, Waste water treatment
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sivas Cumhuriyet Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, endüstri kaynaklı atıklardan sulara karışan ve kirliliğe yol açan boyar maddelerin fonksiyonel nanomalzemeler kullanılarak giderilmesi incelenmiştir. Yapılan çalışmada metal-organik çerçeveler (MOF), ZnO nanopartiküller ve MOF nanopartikül kompozitleri sentezlenerek karakterizasyonları yapılmış ve bunların boyar madde giderim performansları incelenmiş ve karşılaştırma yapılarak değerlendirilmiştir. Literatür incelemesinde, boyar maddelerin çeşitliliği ve ekosistemde oluşturduğu zararlı etkiler dikkate alınmıştır. Söz konusu zararlı etkileri uzaklaştırabilmek için biyolojik, kimyasal ve fiziksel yöntemlerin avantaj ve dezavantajları ele alınmıştır. Elde ettiğimiz veriler sonucunda özellikle adsorpsiyon yöntemi, üstün kapasite ve seçicilik avantajları sayesinde ön plana çıkarılmıştır. Deneysel bölümde, ZnO nanopartikülleri ile Cu-MOF yapılarının karakterizasyonu FTIR, SEM ve XRD metotlarıyla yapılmıştır. ZnO/Cu-MOF kompoziti kullanılarak Reactive Red 120 (RR120) boyar maddesinin sulu çözeltilerden giderimi incelenmiş; optimum pH değeri 4.0 olarak belirlenmiştir. Adsorban miktarı, temas süresi ve sıcaklık gibi parametrelerin etkileri değerlendirilmiş, nanokompozit malzemenin izoelektrik noktası (pHpzc) 5.2 olarak tespit edilmiştir. Adsorpsiyon izotermleri (Langmuir, Freundlich, Temkin), kinetik modeller (sözde birinci derece, sözde ikinci derece, partikül içi difüzyon) ve termodinamik analizler uygulanarak proses mekanizmaları ortaya konmuştur. Adsorpsiyon denge verilerinin Langmuir izoterm modeline (R2=0.99) yüksek uyum gösterdiği ve maksimum adsorpsiyon kapasitesinin 20.32 mg/g olduğu saptanmıştır. Kinetik verilerin, kimyasal etkileşimlerin baskın olduğu sözde ikinci derece kinetik model (R2=0.98) ile en iyi şekilde tanımlandığı görülmüştür. Termodinamik analizler, adsorpsiyon sürecinin kendiliğinden (ΔGo<0) ve ekzotermik (ΔHo <0) gerçekleştiğini kanıtlamıştır. Ayrıca, fotokatalitik performans ölçülerek ZnO/Cu-MOF kompozitinin ışık altında renk giderim etkinliği araştırılmış, %77 bozunma verimi ile kompozitin tekil bileşenlerine göre daha yüksek performans sergilediği belirlenmiştir. Sonuçlar, ZnO/Cu-MOF kompozitinin tek başına kullanılan MOF veya ZnO nanopartiküllere kıyasla daha yüksek adsorpsiyon kapasitesi sağladığını ve gelişmiş fotokatalitik performans sergilediğini göstermektedir. Bu bulgular sonucunda, kompozit nanoyapıların su arıtımında yeni nesil adsorbanlar olarak kullanılabileceğini ve bu alanda önemli katkılar sağlayabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the removal of industrially sourced dyes that contaminate water bodies and cause environmental pollution was investigated using functional nanomaterials. Within the scope of the study, metal-organic frameworks (MOFs), ZnO nanoparticles, and MOF–nanoparticle composites were synthesized, characterized, and their dye removal performances were evaluated through a comparative analysis. A comprehensive literature review was conducted, considering the diversity of dyes and their detrimental effects on the ecosystem. To mitigate these harmful impacts, the advantages and disadvantages of biological, chemical, and physical treatment methods were discussed. Based on the obtained data, the adsorption method was highlighted due to its superior capacity and selectivity. In the experimental section, the characterization of ZnO nanoparticles and Cu-MOF structures was performed using FTIR, SEM, and XRD methods. The removal of Reactive Red 120 (RR120) dye from aqueous solutions was investigated using the ZnO/Cu-MOF composite, and the optimum pH value was determined to be 4.0. The effects of parameters such as adsorbent dosage, contact time, and temperature were evaluated, and the isoelectric point (pHpzc) of the nanocomposite material was found to be 5.2. Adsorption isotherms (Langmuir, Freundlich, Temkin), kinetic models (pseudo-first-order, pseudo-second-order, intraparticle diffusion), and thermodynamic analyses were applied to elucidate the process mechanisms. The adsorption equilibrium data showed a high fit to the Langmuir isotherm model (R2 = 0.99), and the maximum adsorption capacity was determined to be 20.32 mg/g. It was observed that the kinetic data were best described by the pseudo-second-order model (R2 = 0.98), indicating the dominance of chemical interactions. Thermodynamic analyses proved that the adsorption process occurred spontaneously (ΔGo<0) and exothermically (ΔHo<0). Furthermore, the photocatalytic color removal efficiency of the ZnO/Cu MOF composite under light was investigated, and it was determined to exhibit superior performance compared to its individual components, achieving a degradation efficiency of 77%. The results show that the ZnO/Cu-MOF composite provides a higher adsorption capacity compared to the MOF or ZnO nanoparticles used alone and demonstrates enhanced photocatalytic performance. Consequently, these findings indicate that composite nanostructures can be utilized as next-generation adsorbents in water treatment and can offer significant contributions to the field.
Benzer Tezler
- Grafen oksit/metal organik kafes (MOF) hibrit membranların geliştirilmesi ve su arıtımında kullanılması
Development of graphene oxide/metal organic framework (MOF) hybrid membranes and their usage in water treatment
GÜLCİHAN ÖZDEM
- Effects of ozone on functional properties of proteins
Proteinin fonksiyonel özellikleri üzerine ozonun etkisi
HİCRAN UZUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Gıda MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA İBANOĞLU
- Investigation of heavy metal ion removal by cellulose based adsorbents with ionic functional groups
İyonik fonksiyonel gruplara sahip selüloz esaslı adsorbanlarla ağırmetal iyon gideriminin araştırılması
ABDIFATAH ABDI HASHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Çevre MühendisliğiMarmara ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEHRA SEMRA CAN
- Sustainability assessment for a large water treatment plant via life cycle approach
Büyük bir su arıtma tesisinin sürdürülebilirliğinin yaşam döngüsü yaklaşımı ile değerlendirilmesi
ALAA ZYARA
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATOŞ GERMİRLİ BABUNA
- Rational design and applications of advanced functional polymer gels
İleri fonksiyonel polimer jellerin rasyonel tasarımı ve uygulamaları
MERTCAN ER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NERMİN ORAKDÖĞEN
