Nano tozların sentezi ve karakterizasyonu

Abstract

Nano boyutlu TiO2, çevresel arıtmada ve atık sulardaki zararlı kimyasalların parçalanmasında kullanılan ve en çok bilinen fotokatalistlerden birisidir. TiO2'in anataz, brukit ve rutil olmak üzere üç kristal fazı bulunmaktadır ve bunların içinden anataz form, pigment, gaz sensörü, katalizör ve çevresel arıtmada fotokatalizör olarak kullanımı ön plana çıkmaktadır.Titanyum dioksit (TiO2), çevresel arıtma ve enerji üretimi alanlarında köklü değişikliklerle gelişen teknolojilerde üzerinde en çok araştırma yapılan yarıiletken oksitlerden birisidir. Havadaki ve sudaki organik kirliliklerin uzaklaştırılmasında fotokalizör olarak kullanılabildiği gibi yine suyun iyonlarına ayrıştırılarak hidrojen elde edilmesine kadar fotokatalizör olarak oldukça geniş uygulamaları bulunmaktadır. Bu özelliklere sahip diğer maddelere göre fiyatının daha düşük olması, düşük zehirlilik, yüksek ısıya ve kimyasallara dayanma özelliklerinden dolayı kullanımı yaygındır. Ancak fotokatalist olarak görünür ışığa duyarlılığının düşük olması TiO2 in sınırlaycı özelliklerinden biridir. Birçok çalışmada TiO2 in görünür ışıktaki aktivitesini artırmak, elektronik ve yüzey yapısını iyileştirmek için soy metal katma, metal iyon yükleme, katyonik ve anyonik doplama gibi işlemler yapılmaktadır. Çalışmaların birçoğunda görünür ışık altında fotokatalitik etkisi artırılmıştır. Bu araştırmalarda temel olarak fotokatalitik, elektrokatalitik ve biyomedikal uygulamalar için nano yapıda titanyum dioksitin hazırlanması, belirli nanometrik bir yapı için yüzey kaplanmasında sol-jel yönteminin uygulanması esas alınan çalışmalar yapılmaktadır.Kataliz, katıldığı ortamdaki substratın kimyasal dönüşümünü hızlandıran ve bu dönüşüm esnasında kendisi değişmeyen maddedir. Bu dönüşümün ışık aracılığı ile gerçekleşmesi de fotokatalizlenmedir. Çeşitli katalistler olup, bunların değişik kullanım alanları vardır. Bunlardan en önemlisi heterojen kirleticilerin mevcut olduğu bir atık suyun temizlenmesidir. Bu durumda WO3, ZnO gibi metal oksitler iyi sonuçlar verir ancak TiO2'in diğerlerine göre şu avantajları vardır: 1- Kataliz işlemi çevre şartlarında meydana gelir. 2- Fotokatalizlenme esnasında ara ürün yoktur. 3- Substratların oksitlenmesi sonucu CO2 oluşur. 4- TiO2 ucuzdur ve verimi yüksektir. 5- Uygun yüzeylere uygulanabilir. 6- Atık suların toksitesini gidermede endüstri için çok önem taşır. Toz halindeki TiO2'in suya katılmasıyla veya bir yüzey üzerine kaplanması ile kirlilik özelliklerinin iyileştirilmesi gerçekleştirilebilir. Fotokatalizlenme ile sadece sudaki kirleticilerin ortadan kaldırılması ispatlanmamış aynı zamanda renk, koku, tat giderme, etkili bir şekilde bakteri ve virüslerin de ortadan kaldırılması başarılmıştır. Ireland ve arkadaşları tarafından yapılan bir çalışmada, içme suyundaki Escheria colini (E. Coli) etkili bir şekilde ortadan kaldırdıklarını gösterrmişlerdir.Bu çalışmada, fotokatalitik özelliğe sahip olan anataz formdaki TiO2, sol-jel yöntemi ile 90 °C de refluks altında 16 saat ve 500 °C ısıl işlemle 2 saat sonunda iki adımda, hidrotermal yöntemle 210 °C de 1.5 saat sonunda tek adımda nano kristal boyut mertebesinde toz halinde sentezlendi. Sentezlenen malzemenin fiziksel ve kimyasal özellikleri XRD, SEM, BET, TEM, UV, FT-IR ve AFM ile karakterize edildi. Sentezlenen malzemenin fotokatalitik özellikleri, paslanmaz çelik tel kafeslerin yüzeyi daldırma yöntemi ile kaplanarak sirkülasyonlu bir akvaryum ortamında 1 ppm lik alizarin ve metilen mavi tekstil boyar madde çözeltilerinin UV ışık altında parçalanabilirliği araştırıldı. Belirli zaman aralıklarında alınan örneklerin analizi sonucunda, alizarin ve metilen mavi tekstil boyar madde çözeltilerinin UV ışık altında parçalandığı ve konsantrasyonunun azaldığı gözlendi.