Nano TİO2 sentezi ve uygulaması

Abstract

Titanyum, anataz, brukit ve rutil olmak üzere üç kristal formunda bulunmaktadır. Anataz TiO2, pigment, gaz sensörü, katalizör ve çevresel arıtmada fotokatalizör olarak kullanılmaktadır. Ayrıca yarıiletken olan anataz TiO2 kimyasal ve biyolojik olarak inert olması, mekanik olarak dayanıklı olması, çok iyi fotokatalizör aktiviteye sahip olması, düşük maliyet ve kolay çöktürülebilir olması gibi çok çeşitli özelliklere sahiptir. Bununla beraber nano anataz TiO2 çevresel arıtmada ve atık sulardaki zararlı kimyasalların parçalanmasında kullanılan ve en çok bilinen fotokatalistlerden birisidir. Fakat fotokatalizör TiO2'in en büyük dezavantajı görünür bölgedeki işlevselliğinin düşük olmasıdır.Yarıiletken TİO2, WO3, ZnO gibi diğer metal oksitlere göre birçok avantajlara sahiptir. Bunlar, 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.Sol-jel prosesi nano boyuttaki titanyum oksit tozlarını sentezlemek için kullanılmaktadır. Sol-jel prosesi daha çok metal kimyası ve seramik mühendisliği alanlarında kullanılan kimyasal tekniktir. Bunun gibi yöntemler, ağ yapmış partiküllerin veya polimerlerin oluşması için çeşitli başlangıç maddelerinin kullanılmasını öngörmektedir. Başlıca başlangıç maddeleri, hidroliz ve polikondenzasyon reaksiyonlarının değişik formlarında görev alan metal alkoksitler ve metal kloridlerdir. Metal oksitlerin oluşması, metal merkezli yapının okso(M-O-M) veya hidrokso(M-OH-M) köprüleriyle bağlanmasını içermektedir. Çözelti içerisinde metal-okso ve metal-hidrokso polimerleri oluşmaktadır. Bununla beraber, çözelti, ayrık partiküllerden, ağ yapmış polimerler oluşturarak sıvı ve katı fazlı yapıyı bir arada tutarak iki fazlı jel yapısına geçmektedir. Hidrotermal yöntem sıcak suda çözünebilir özellik gösteren tek kristal formları elde etmek amacıyla yüksek basınç altında gerçekleşmektedir. Autoklav denilen çelik basınç cihazı, reaksiyonların yüksek sıcaklık ve basınçta gerçekleşmesi için kullanılmaktadır. Bu çalışmada, fotokatalitik özelliğe sahip olan anataz formundaki TiO2, sol-jel yöntemi ile 90 °C de refluks altında 16 saat ve 500 °C ısıl işlemle 2 saat sonunda, hidrotermal yöntemle 210 °C de 1.5 saat sonunda nano kristal boyut mertebesinde toz halinde sentezlendi. Sentezlenen malzemenin fiziksel ve kimyasal özellikleri XRD, SEM, EDS, BET, TEM ve FT-IR ile karakterize edildi. Sentezlenen malzemenin fotokatalitik özellikleri, paslanmaz çelik tellerin yüzeyi daldırma yöntemi ile kaplanarak sirkülasyonlu akvaryum ve ultrasonik ortamda çeşitli boyar maddelerin UV ışık altında parçalanabilirliği araştırıldı. Belirli zaman aralıklarında alınan örneklerin analizi sonucunda, bu boyarmaddelerin UV ışık altında parçalandığı ve konsantrasyonunun azaldığı gözlendi.