Preparation of metal nanoparticle and semiconductor- doped polymer-based catalysts and investigation of their catalytic performance
Metal nanoparçacik ve yariiletken katkili polimer esasli katalizörlerin hazirlanmasi ve katalitik performanslarinin incelenmesi
- Tez No: 1006348
- Danışmanlar: ASSISTANT PROFESSOR SALİH ERTAN, DR. HALE AY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Kimya, Chemical Engineering, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Fotokatalitik oksidasyon yöntemi, Heterojen katalizörler, Nanokatalizör, Tekstil atıkları, photocatalytic oxidation method, Heterogeneous catalysts, Nanocatalyst, Textile waste
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Atılım Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği ve Uygulamalı Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tekstil endüstrilerinden sürekli olarak boya ile kirlenmiş atık suların deşarj edilmesi, ciddi çevresel ve sağlık riskleri oluşturmakta olup, etkili atık su arıtma çözümlerine olan ihtiyacı açıkça ortaya koymaktadır. Fotokataliz, ileri oksidasyon süreçleri arasında yer alan önemli bir yöntem olup, yenilenebilir enerji kullanarak kalıcı organik kirleticileri ılımlı koşullar altında parçalayabilme özelliği nedeniyle ilgi görmektedir. Bu çalışmada, organik boyaların güneş ışığıyla parçalanması için yeni polimer–yarı iletken–metal hibrit fotokatalizörler sentezlenmiş ve değerlendirilmiştir. Bir dizi polianilin (PANI) esaslı kompozit fotokatalizör, polimerleşme ortamının katalizörlerin morfolojisi ve performansı üzerindeki etkilerini araştırmak amacıyla monoetilen glikol (MEG) ve dietilen glikol (DEG) poliyol ortamları kullanılarak geliştirilmiştir. Fotogenerasyon yoluyla yük taşıyıcılarının oluşumunu teşvik etmek için çinko oksit (ZnO) nanoparçacıkları sisteme dahil edilirken, yük ayrımını iyileştirmek ve elektron–delik rekombinasyonunu baskılamak amacıyla bakır nanoparçacıkları (CuNP'ler) eşkatalizör olarak eklenmiştir. Her bir bileşenin bireysel ve sinerjik rollerini değerlendirmek üzere hem ikili (PANI/ZnO) hem de üçlü (PANI/ZnO/CuNP'ler) kompozit sistemler sentezlenmiştir Sentezlenen malzemeler; Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), taramalı elektron mikroskobu (SEM), transmisyon elektron mikroskobu (TEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) ve indüktif eşleşmiş plazma optik emisyon spektroskopisi (ICP-OES) gibi ileri karakterizasyon teknikleri kullanılarak analiz edilmiştir. Bu yöntemler, ZnO ve CuNP'lerin PANI matrisi içerisine entegre edildiği polimer–yarıiletken–metal hibrit yapıların başarıyla oluşturulduğunu doğrulamıştır. ICP-OES analizleri, kompozitlerdeki bakır içeriğini nicel olarak belirlemiş ve farklı sentez yöntemlerine bağlı olarak CuNP'lerin sisteme katılımında belirgin farklılıklar olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, sentez ortamındaki değişimlerin polimer morfolojisini ve inorganik nanoparçacıkların dağılımını önemli ölçüde etkilediği, bunun da kompozitlerin fotokatalitik performansını doğrudan etkilediği belirlenmiştir. Fotokatalitik performans, güneş ışınımı altında metilen mavisinin bozunması yoluyla değerlendirilmiş ve sonuçlar 664 nm dalga boyunda UV–Görünür bölge spektrofotometrisi kullanılarak izlenmiştir. CuNP'ler ile dekore edilmiş PANI/ZnO üçlü kompozitler, ikili sistemlere kıyasla belirgin şekilde daha yüksek fotokatalitik verim ve kararlılık sergilemiştir. Bu gelişmiş performans; görünür ışık duyarlılaştırıcısı olarak görev yapan PANI, yük üretici yarıiletken olarak işlev gören ZnO ve rekombinasyon kayıplarını azaltmak üzere etkili elektron tuzakları olarak davranan Cu nanoparçacıkları arasındaki sinerjik etkileşimlere atfedilmektedir. Sonuç olarak, bu çalışma poliyol destekli sentez yolları kullanılarak hazırlanan CuNP'ler ile dekore edilmiş PANI/ZnO üçlü fotokatalizörlerde yapı–performans ilişkisini açık bir şekilde ortaya koymakta ve bu malzemelerin güneş enerjisiyle çalışan, verimli ve sürdürülebilir atık su arıtım uygulamaları için güçlü bir potansiyel sunduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The continuous discharge of dye-contaminated effluents from textile industries poses serious environmental and health threats, highlighting the need for effective wastewater treatment solutions. Photocatalysis, a prominent advanced oxidation process, has garnered interest for its ability to decompose persistent organic pollutants under mild conditions using renewable energy. In this study, novel polymer– semiconductor–metal hybrid photocatalysts were synthesized and evaluated for the solar-driven degradation of organic dyes. A series of polyaniline (PANI)-based composite photocatalysts was developed using monoethylene glycol (MEG) and diethylene glycol (DEG) as polyol media to investigate the effects of the polymerization environment on the catalyst morphology and performance. Zinc oxide (ZnO) nanoparticles were incorporated to promote the formation of photogenerated charge carriers. In contrast, copper nanoparticles (CuNPs) were introduced as a co-catalyst to improve charge separation and suppress electron-hole recombination. Both binary (PANI/ZnO) and ternary composite (PANI/ZnO/CuNPs) systems were synthesized to evaluate the individual and synergistic roles of each component. The study characterized synthesized materials using several advanced analytical techniques: FTIR, SEM, TEM, EDX, and ICP-OES. These methods confirmed the creation of polymer–semiconductor–metal hybrid structures, incorporating ZnO and CuNPs within a PANI matrix. ICP-OES quantitatively assessed copper content in these composites, highlighting differences in CuNPs incorporation depending on the distinct synthesis methods. Additionally, changes in the synthesis medium significantly affected the morphology of the polymer and the distribution of inorganic nanoparticles, which subsequently influenced the photocatalytic performance of the composites. Photocatalytic performance was evaluated through the degradation of methylene blue under solar irradiation, with results monitored by UV–Visible spectrophotometry at a wavelength of 664 nm. The CuNPs-decorated PANI/ZnO ternary composites showed significantly higher photocatalytic efficiency and stability compared to binary systems. This improvement is attributed to the synergistic interactions among PANI, functioning as a visible-light photosensitizer; ZnO, acting as a charge-generating semiconductor; and Cu nanoparticles, which serve as effective electron traps to reduce recombination losses. Overall, this study establishes a clear structure–performance relationship in CuNPs- decorated PANI/ZnO ternary photocatalysts synthesized through polyol-assisted routes, demonstrating their strong potential for efficient and sustainable solar-driven wastewater treatment applications.
Benzer Tezler
- Moleküler imprint sol-jel polimer kaplı kuantum noktaların sentezi ve optik sensör uygulaması
Synthesis of quantum dots coated with molecularly imprinted sol-gel polymer for application of optical sensor
TANER ARSLAN
- Karışık kalkojenit elektrokatalizörlerin hazırlanması, karakterizasyonu ve farklı reaksiyonlarda kullanılması
Preparation and characterization of mixed chalcogenide electrocatalysts and their use in various reactions
İREM FIRTINA ERTİŞ
Doktora
Türkçe
2013
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL BOZ
DOÇ. DR. SERKAN NACİ KOÇ
- Molten salt assisted self-assembly process: Synthesis of mesoporous transition metal oxide thin films and cdse sensitized tio2 photoanodes
Eriyik tuz yardımlı kendiliğinden oluşma (Eyko) yöntemi: Mezogözenekli geçiş metal oksit ince filmlerin ve cdse duyarlı tio2 foto-anotların sentezi
MUAMMER YUSUF YAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER DAĞ
- Development of novel thermal conductive polymer nanocomposites
Yeni nesil termal iletken polimer nanokompozitlerin geliştirilmesi
ELİFTEN SEMERCİ
Doktora
İngilizce
2021
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
DOÇ. DR. TUBA ERDOĞAN BEDRİ
- Fonksiyonel tekstiller geliştirmek amacıyla metal oksit nanoyapıların sentezlenmesi ve kumaşlara uygulanması
Synthesis of metal oxide nanostructures and application to fabric surfaces towards development of functional textiles
MERVE KÜÇÜK
Doktora
Türkçe
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LÜTFİ ÖVEÇOĞLU