KENDİ KENDİNİ TEMİZLEYEN MALZEMELER. Münevver Sökmen Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Fakültesi Kimya Bölümü Trabzon

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "KENDİ KENDİNİ TEMİZLEYEN MALZEMELER. Münevver Sökmen Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Fakültesi Kimya Bölümü Trabzon"

Belgin Namli
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 KENDİ KENDİNİ TEMİZLEYEN MALZEMELER Münevver Sökmen Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Fakültesi Kimya Bölümü Trabzon

3 TiO 2 kristal yapısı a) anataz b) rutil c) brookit

4 TiO 2 FOTOKATALİZ TiO 2 taneciği ışınla temas ettiğinde yarı iletkenin değerlik tabakasındaki bir elektronu iletkenlik tabakasına geçer ve iletken hale dönüşür. Bu elektron geçişi nedeniyle değerlik tabakasında elektron boşluğu oluşur (h+).

iletkenlik tabakasına geçer ve iletken hale dönüşür.

7 Organik Türlerin Giderimi Sudaki Organik Türlerin Giderimi Havadaki Organik Türlerin Giderimi

8 TiO 2 İnce Filmler TiO 2 Cam Porselen, seramik Metal cam, metal, seramik, polimer Plastik üzerine nanometre boyutunda kaplanabilir ve elde edilen materyal fotokatalitik özelliklerinin yanı sıra süperhidrofillik özelliği de kazanır. Işık TiO2

kaplanabilir ve elde edilen materyal fotokatalitik

10 Süperhidrofilik Olgusu Cam Reçine Hidrofobik reçine Cam, reçine ve hidrofobik reçine yüzeylerinde su damlasının şekli.

11 Süperhidrofilik Katalizör ve uygulamaları Süperhidrofilik (Süper Suseverlik) Olgusu Su ile inorganik materyalin temas açısı camda derecedir. Silikon reçine veya florokarbon polimerler gibi bilinen hidrofobik reçinenelerle suyun temas açısı sırasıyla derecedir ve çoğunlukla 90 dereceden daha fazladır. Suyla temas açısı 10 dereceden daha az olan çok az materyal vardır. Bu materyaller düşük dayanıklılığa sahiptir ve düşük temas açıları çok uzun süre korunamaz

Silikon reçine veya florokarbon polimerler gibi bilinen hidrofobik reçinenelerle suyun temas açısı sırasıyla 70-90

12 TiO 2 katalizör ince filmi süperhidrofilik özelliğe sahiptir 1. Su ile TiO 2 ince filmi temas açısı çok daha yüksektir. 2. UV ışınlanmasıyla temas açısı dereceli olarak azalır ve sonra da sıfıra ulaşır. 3. Temas açısı ışınlama yapmaksızın saatler boyunca sadece birkaç derece değişerek kalır.

13 UV tarafından ışınlanmış TiO 2 -silikon ince filmi ile suyun temas açısı değişimi UV ile ışınlanmadan önce UV ile ışınlandıktan (su damlacığı) (yassı şekilde yayılmış) UV ile ışınlanmadan önce film ile temas açısı 90 dereceden daha çoktur, UV ile ışınlanmasyla 0 dereceye doğru azalır ve film suyu hiç itmez.

şekilde yayılmış) UV ile ışınlanmadan önce film ile temas açısı 90 dereceden

14 Fotokatalizörlü Süper-hidrofilik Özelliklerin Uygulamaları 1. Buğulanmayı Önleyici Özelliklere Sahip Materyaller 2. Yağmurla Kendi Kendini Temizleme Özelliğine Sahip Materyaller 3. Diğer Uygulamalar

15 Buğulanmayı Önleyici Özellikler Bir ayna ve bir cam kolaylıkla buğulanır Süper-hidrofilik yüzeyde su damla şeklinde olmaz yassı bir şekilde yayılır Süper-hidrofilik yüzey rüzgar veya titreşim varlığında dahi buğulanmaz

şeklinde olmaz yassı bir şekilde yayılır

16 Kendi Kendini Temizleme Suyla ıslanmış normal silikon filmde ve süperhidrofilik film üzerinde yağın farklı davranışları Bu şekilde yağ deterjan kullanmadan sadece su ile yıkanarak kolayca çıkarılabilir

yağın farklı davranışları Bu şekilde yağ deterjan

17 Kendi Kendini Temizleme Kullanım Alanları 1. Yağın kolayca yüzeyden çıkarılabilmesi 2. Kentsel alanlarda dış cephedeki göze çarpan kirliliğin süper-hidrofilik tabaka kullanıldığında yağmurla kendi kendini temizleyebilmesi 3. binaların alüminyum paneller ve camlardaki boşlukları doldurulmada kullanılan silikon kaplamanın neden olduğu hidrofobik kirliliklerin izlerini duvar yüzeyinden uzak tutması 4. Antibakteriyel dış ve iç cephe boyaları

18 süper-hidrofilik kaplanmış ve normal kaplanmış çimento bir levha arasındaki, yağmur tarafından kendi kendini temizleme arasındaki farklılıklar

19 Hidrofilik katalizörlü kiremit ve orijinal kiremitler arasındaki, silikon kaplamanın neden olduğu göze çarpan hidrofobik kirliliklerin yıpranmama farklılığı

20 Neler yaptık neler planlıyoruz? TiO 2 ve modifiye edilmiş TiO 2 fotokataliz ile Tekstil boyalarının atıklarının giderimi Petrol atığı tiyofen ve türevlerinin fotokatalitik giderimi Klorofenol ve türevlerinin giderimi Cr(VI) nın fotokatalitik indirgenmesi Fotokatalitik dezenfeksiyon (e-koli, giardia, acanthamoeba, salmonella, shigella)

giderimi Petrol atığı tiyofen ve türevlerinin fotokatalitik giderimi Klorofenol ve

21 Devam eden çalışmalar TiO 2 ince filmleri ile fotokatalitik dezenfeksiyon Cam, seramik ve polimerler üzerine TiO 2 ince film kaplanması ile ticari önemi olan kendi kendini temizleyen materyallerin üretimi Fotokatalitik sistemleri güneş ışınları ile arıtım yapabilecek üzere modifiye etmek

22 1. TiO 2 /UV, Ag-TiO 2 /UV süspansiyonları ile çalışmalar Salmonella E-coli

23 Salmonella (Klinik İzolat) UV Ardışık seyreltme Zaman(dk.) Sayılamaz Sayılamaz Sayılamaz Sayılamaz Sayılamaz

24 Zaman(d k.) Salmonella (Klinik İzolat) TiO 2 /UV Ardışık seyreltme TiO 2 0 Sayılamaz Üreme var 5 Sayılamaz Üreme var 10 Sayılamaz Üreme var Üreme var Üreme var

25 Salmonella (Klinik İzolat) Ag-TiO 2 /UV Ardışık seyreltme Zaman(dk.) Ag-TiO Üreme yok Üreme yok Üreme yok Üreme yok Üreme yok Üreme yok Üreme yok Üreme yok

26 Materyal yüzeyine nano TiO 2 kaplanması BuO BuO Ti OBu OBu Sol-jel Yüzeye kaplama Organometalik Ti-bileşiği Piroliz ( oc) TiO2 nanokristal

27 Cam ve Çelik Üzerine Kaplama Sprey Piroliz: 2.93 ml titanyum izopropoksit (TiP) ml asetilen aseton ml mutlak etil alkol

28 Sol Jel: 8.4 ml titanyum izopropoksit (TiP)/20 ml EtOH 130 ml etil alkol ml HCl ml H 2 O 120 o C kurutuldu ve daha sonra o C de 20 dakika tavlandı

29 Nano Boyutlu TiO 2 Kaplı Polimerin Hazırlanması poli-ε-kaprolakton (PCL) 2 gram PCL + 20 ml CHCl gram (polimerin %2) nano-tio 2 /20 ml CHCl 3 karışımdan 10 ml lik kısımlar alınarak petri kaplarına döküldü polimer çözeltisi önce çeker ocak içinde daha sonra etüvde 55 o C kurumaya bırakıldı.

30 2 gram PCL + 40 ml CHCl 3 polimer çözeltisi petri kaplarına döküldü. Nano-TiO ml kloroform sprey başlığı ve basınçlı hava kullanılarak henüz tamamen kurumamış olan polimer yüzeyine hızla püskürtüldü ve o C de kurutuldu.

31 BULGULAR VE SONUÇLAR İnce film kaplanmış materyallerin yüzey analizleri: 1. Raman spektroskopisi 2. Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM) ve Elektron Difraksiyon X-Spektroskopisi (EDX)

32 Raman Spektroskopisi Bulguları Cam C ounts / Ram an Shift (cm -1) Paged Y-Zoom SC ROLL File # 1 : D EM O /0 4 / :2 2 R e s= N o n e G lass surface TiO 2 filmi-kuarz cam-sol gel C ounts / Ram an S hift (cm -1) P a g e d Y - Z o o m S C R O L L File # 1 : D EM O131 18/04/08 13:47 R es=none M 3

33 Ag-TiO 2 filmi- kuarz-sol jel Counts / Raman Shift (cm-1) Paged Y-Zoom SCROLL File # 1 : DEMO127 18/04/08 13:33 Res=None M5

34 Krom çeliği C ounts / Raman Shift (cm -1) Paged Y-Zoom SC ROLL File # 1 : D EMO /0 4/0 8 14:5 2 R e s= N on e chrom ium steel x10 objective TiO 2 filmi-krom çeliği-sol jel Counts / Raman Shift (cm-1) Paged Y-Zoom SCROLL File # 1 : DEMO146 18/04/08 14:39 R es= N one chromium + TiO2 x10 objective

35 TiO 2 filmi-galvanizli çelik-sol jel Counts / Raman Shift (cm-1) Paged Y-Zoom CURSOR File # 5 : LJG37 22/04/08 13:30 Res=None galv M-8

36 SEM ve EDX Analizleri Galvanize Çelik Galvanizlenmiş çelik EDX analizi

37 TiO 2 filmi-galvanizli çelik-sol jel SEM TiO 2 filmi-galvanizli çelik-sol jel Back Scattering

38 Ag-TiO 2 filmi-galvanizli çelik-sol jel SEM Galvanizli Ag-TiO 2 Coated (Sol jel) EDX Flakes

39 Krom çeliği TiO 2 filmi-krom çeliği-sol jel SEM TiO 2 filmi-krom çeliği-sol jel EDX Ag-TiO 2 filmi-krom çeliği-sol jel SEM

40 Gümüş yüklenmiş TiO 2 ince filmi (%2, Ag-TiO 2 ), kuartz üzerine sol jel yöntemiyle(650 o C de 20 dk. tavlama)

41 PCL PCL-Nano TiO 2 polimer yüzeyinde

42 Mikrobiyal Giderim (e-koli) testleri

43 Çelik Galvanizli (kaplanmamış) Galvanizli Ag-TiO 2 kaplanmış Işınlama Suresi (dk) Üreme Sayısı (cfu/ml) 0 çok yoğun çok yoğun

44 Antibacterial Tests TiO 2 polymer yüzeyinde 10 L

45 PCL ve Nano TiO 2 / PCL Fotokatalitik Aktivite Testleri Yüzeyinde 10 nm boyutlu TiO 2 immobilize edilmiş PCL ve kontrolü PCL Polimer PCL+Nano TiO 2 Işınlama Süresi (dk) Üreme Sayısı (cfu/ml) 0 cok yoğun 5 cok yoğun 10 cok yoğun cok yoğun 5 çok yoğun

46 Metilen Mavisi (MB) Giderim Testleri MB UV lambası altında 144 saat, kuartz kapta MB + PCL Karanlıkta 24 saat MB + PCL UV 24 saat, Kuarz kapta

47 MB + Nano TiO 2 /PCL Karanlıkta 24 saat (TiO 2 polimerin içinde) MB + Nano TiO 2 /PCL Karanlıkta 24 saat (TiO 2 polimerin yüzeyinde) MB + Nano TiO 2 /PCL UV 24 saat, kuartz kapta (TiO 2 polimerin yüzeyinde) MB + Nano TiO 2 /PCL Karanlıkta 24 saat (TiO 2 polimerin yüzeyinde) MB + Nano TiO 2 /PCL UV 24 saat, cam kapta (TiO 2 polimerin yüzeyinde)

48 nm UV MB 80 MB+PCL MB+%5 KİL % Giderim MB+%1 TİO2 MB+%1 TİO2+ %5 KİL MB+%5 TİO2 MB+%5 TİO2 +%5 KİL 20 MB+%10 TİO2 MB+%10 TİO2 +%5KİL Işınlama süresi(dk)

49 100 Güneş Işığı MB 80 MB+PCL MB+%5 KİL % Giderim MB+%1TiO2 MB+%1TiO2+%5 KİL MB+%5TiO2 20 MB+%5TiO2+%5 KİL MB+%10TiO Işınlama süresi (dk.) MB+%10TiO2+%5KİL

50 MB+%10TİO2 MB+%10TİO2+%5kil MB+%5TİO2+%5 kil MB+%5TİO2 MB+%1TİO2%5 kil MB+%1TİO2 MB+%5kil MB+PCL MB nm UV Güneş Işığı % Giderim

51 Sonuçlar Sprey proliz ve sol jel yöntemleriyle istenen kristal yapıda TiO 2 ince filmleri hazırlanmıştır. Raman, SEM ve EDX analizleri yapıyı desteklemektedir. cam ve kuars üzerine ince film kaplama çok başarılıdır ve bakteriyel testlerde olumlu sonuçlar vermiştir. çelik üzerine ince film kaplama yapılmış ancak bakteriyel testlerde olumlu sonuçlar alınamamıştır.

52 Polimerik yüzeylere TiO 2 ince film kaplamasında sol-jel, sprey proliz ve PVD yöntemleri başarılı olmamasına karşın nano materyalin polimerin oluşumu aşamasında yüzeye immobilizasyonu çalışmalarında çok başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Üretilen materyalin hem bakteriyel testlerde hem de metilen mavisi (MB) testlerinde çok etkin olduğu gözlenmiştir. Polimere%5TiO 2 immobilizasyonu yapılarak üretilen PCL ile 365 nm lik UV ışınlamasında %82 boya giderimi sağlanırken görünür bölge ışınları ile %57 giderim sağlanmıştır.

53 Bu Proje TÜBİTAK (107T853) Karadeniz Teknik Üniversitesi (BAP ) MERI-Sheffield Hallam University (İngiltere) tarafından desteklenmiştir.

54 YAPILACAK DAHA ÇOK İŞ VAR EMEĞİ GEÇENLER KATILIMINIZ İÇİN TEŞEKKÜRLER

Benzer belgeler

FOTOKATALİZÖR VE UYGULAMA ALANLARI

FOTOKATALİZÖR VE UYGULAMA ALANLARI 1. Fotokatalizör (photocatalyst) hakkında genel bilgi Özellikle son yıllarda evsel ve endüstriyel atıklardan kaynaklanan su kaynaklarının, atmosferin ve yaşadığımız çevrenin