DİYATOM KABUKLARININ MİKROYAPISAL ANALİZİ VE KABUKLARDAN NANO-SİLİKA TOZ ELDE EDİLMESİ

Benzer belgeler
ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

NANO KURġUN ÜRETĠMĠ VE KARAKTERĠZASYONU

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MÜHENDİSLİK BİLİMLERİ DERGİSİ Cilt: 13 Sayı: 3 sh Ekim 2011

HYDROTERMAL YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

DÜŞÜK SICAKLIKTA BERRAK ÇÖZELTİLERDEN MFI TİPİ TOZ ZEOLİT SENTEZİ

HİDROKSİAPATİT NANOPARÇACIKLARININ SENTEZİ

1,3-bis-(p-iminobenzoik asit)indan Langmuir-Blodgett filmlerinin karakterizasyonu ve organik buhar duyarlılığı

Farklı Karıştırma Teknikleri ve Başlangıç Maddelerinden Sentezlenmiş Hidroksiapatit Tozunun Özelliklerinin İncelenmesi

MİKRODALGA YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

BOR KATKILI HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

ADANA BİLİM VE TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ MADEN VE CEVHER HAZIRLAMA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ CEVHER VE KÖMÜR HAZIRLAMA LABORATUVARI CİHAZ KATALOĞU

ADANA BİLİM VE TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ MADEN VE CEVHER HAZIRLAMA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MİNERAL KARAKTERİZASYONU LABORATUVARI CİHAZ KATALOĞU

DOĞAL ZEOLİT TAŞIYICILI TiO 2 FOTOKATALİZÖRLERİNİN ÜRETİLMESİ VE TEREFTALİK ASİT ADSORPSİYON ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ

KARBON ELYAF TAKVİYELİ POLİAMİT 6 KARMALARIN ISIL VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

POLİÜRETAN NANO-KOMPOZİT SENTEZİNDE KULLANILMAK ÜZERE NANO-BÖHMİT ÜRETİMİ VE İŞLEVSELLEŞTİRİLMESİ

TÜRK FİZİK DERNEĞİ 29. ULUSLARARASI FİZİK KONGRESİ

TERMAL ENERJİ DEPOLAMA MATERYALİ OLARAK DİYATOMİT/FAZ DEĞİŞTİREN MADDE KOMPOZİTLERİNİN ÜRETİLMESİ

KOLEMANİT FLOTASYON KONSANTRELERİNİN BRİKETLEME YOLUYLE AGLOMERASYONU. M.Hayri ERTEN. Orta Doğu Teknik Üniversitesi

Paslanmaz Çelik Gövde. Yalıtım Sargısı. Katalizör Yüzey Tabakası. Egzoz Emisyonları: Su Karbondioksit Azot

Çift Fazlı Paslanmaz Çeliklerde Yaşlandırma Koşullarının Mikroyapı Özellikleri Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi

SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ KMM 302 KİMYA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI-I ÖĞÜTME ELEME DENEYİ

OPTİK MALZEMELER ARAŞTIRMA GRUBU. Metal Oksit Nano Parçacıkların 3. dereceden Doğrusal Olmayan Optik Özellikleri. Tuğçe YİĞİT

Yrd. Doç. Dr. Şeniz R. KUŞHAN AKIN EĞİTİM Doktora, Yüksek Lisans, Lisans, İŞ TECRÜBESİ Yrd. Doç. Dr., Bilimsel Programlar Başuzmanı,

MMM 2011 Malzeme Bilgisi

Laboratuarımız. Ankara Üniversitesi. Mühendislik Fakültesi Manyetik Malzemeler Araştırma Grubu. Ankara Üniversitesi

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Malzemelerin Deformasyonu

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Sol-jel Prosesleri Ders Notları

Kalıp ve maça yapımında kullanılan döküm kumlarının yaş basma ve yaş kesme mukavemetlerinin ve nem miktarlarının tayin edilmesi.

İNTERMETALİK MALZEMELER. Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR (DERS NOTLARI-4)

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Amorf ve Nanoyapılı Yeni Bir Ni 3 (OH) 2 V 2 O 7.3H 2 O Bileşiğinin Sentezi ve Yapısal Karakterizasyonu

Nanomalzemelerin Karakterizasyonu. Yapısal Karakterizasyon Kimyasal Karakterizasyon

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Zeyfiye TEZEL Mehmet KARACADAĞ

GRANÜL BOYUT DAĞILIMININ GRANİT KARO ÜRÜN ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ. Z.Bayer 1,3, N.Ay 1, N.Erginel 2

Katılar & Kristal Yapı

STATİK LABORATUVARI Yöntem Akredite Durumu Birim Fiyat Deney Süresi TS EN ISO :2011. Basma deneyi TS 206: TL / Numune 1 gün

KIRIK YÜZEYLERİN İNCELENMESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ PROGRAMI

T.C. ADANA BİLİM VE TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ NUMUNE HAZIRLAMA LABORATUVARI

FARKLI İNCELİKLERDEKİ TRAS VE UÇUCU KÜLÜN ÇİMENTO DAYANIMLARINA ETKİSİ

STATİK LABORATUVARI Yöntem Akredite Durumu Birim Fiyat Deney Süresi BS 4449:2005+A2:2009

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

R RAMAN SPEKTROSKOPİSİ CAN EROL

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANABİLİM DALI

MMM291 MALZEME BİLİMİ

Üçlü Sistemler - 1 Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin

A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ 5. HAFTA

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK-MİMARLIK FAKÜLTESİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ADANA

STATİK LABORATUVARI Yöntem Akredite Durumu Birim Fiyat Deney Süresi TS EN ISO :2011. Basma deneyi TS 206: TL / Numune 1 gün

Akredite Durumu TS EN ISO :2011. Basma deneyi (Oda sıcaklığı) TS 206: TL / Numune 1 gün

Sürünme ; Yüksek sıcaklıklara dayanıklı malzemelerde görülen hasar dır. Yük veya gerilme altında zamanla meydana gelen plastik deformasyona sürünme

ZnS (zincblende) NaCl (sodium chloride) CsCl (cesium chloride)

6.TANECİK BÜYÜKLÜĞÜ DAĞILIMININ ANALİZİ

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

JEM 419 / JEM 459 MAGMATİK PETROGRAFİ DERSİ

Çimento Bağlayıcılı Kompozitlerde Nano Mineral Katkı Kullanımının Fiziksel ve Kimyasal Etkileri

A. Yıldız Afyon Kocatepe Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Afyonkarahisar

Metalografi Nedir? Ne Amaçla Kullanılır?

Dr. F. Can Akbaşoğlu, Serhat Adışen, Uğur Gürol, Eylem Subaşı (Akmetal) Prof. Dr. S. Can Kurnaz (Sakarya Üni.)

Bölüm 7 Tahribatsız Malzeme Muayenesi

Sb 2 Te 3 ve Bi 2 Te 3 İÇERİKLİ YARI İLETKEN ALAŞIMLARIN ÜRETİMİ ve TERMOELEKTRİK, YAPISAL, MİKROYAPISAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ ÖZET

METALOGRAFİK MUAYENE DENEYİ

MALZEMELERİN MUKAVEMETİNİ ARTIRICI İŞLEMLER

Bor Karbür Üretimi ve Karakterizasyonu

Bir cismin içinde mevcut olan veya sonradan oluşan bir çatlağın, cisme uygulanan gerilmelerin etkisi altında, ilerleyerek cismi iki veya daha çok

KARARLI HAL ISI İLETİMİ. Dr. Hülya ÇAKMAK Gıda Mühendisliği Bölümü

LDPE/EVOH Harmanlarının Hazırlanması, Karakterizasyonu ve Bazı Özellikleri

ARAŞTIRMA RAPORU. (Kod No: 2012.XXX) Uzman Cengiz Tan Tel: e-posta:

Mert KILINÇ, Göknur BAYRAM. Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 06531, ANKARA ÖZET

YMN47 SAF VE BENTONİT BAĞLAYICILI ZEOLİT A ÇUBUKLARIN HAZIRLANMASI VE MİKROYAPISAL ÖZELLİKLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

Çimento Klinker Fazları ve Öğütme Parametreleri Arasındaki İlişkiler

ASC (ANDALUZİT, SİLİSYUM KARBÜR) VE AZS (ANDALUZİT, ZİRKON, SİLİSYUM KARBÜR) MALZEMELERİN ALKALİ VE AŞINMA DİRENÇLERİNİN İNCELENMESİ

X-IŞINLARI KIRINIM CİHAZI (XRD) ve KIRINIM YASASI SİNEM ÖZMEN HAKTAN TİMOÇİN

2xx SERİSİ ALÜMİNYUM ALAŞIMLARINDA Ag İLAVESİNİN MUKAVEMETE ETKİSİ

Borlama İşleminde Kullanılan Bor Tozu Tane Boyutunun Kaplama Tabakası Üzerine Etkisi

FARKLI ÇELİKLERE UYGULANAN DEĞİŞEN ISITMA HIZLARININ MEKANİK ÖZELLİKLERE ETKİSİNİN İNCELENMESİ

SiC-VISKIR/ALÜMİNYUM KOMPOZİT KÖPÜKLERİN HAZIRLANMASI VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ

Kaynak yöntemleri ile birleştirilen bir malzemenin kaynak bölgesinin mikroyapısı incelendiğinde iki ana bölgenin var olduğu görülecektir:

DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ

S. SÖNMEZ a, F.M. EMEN b, A. EGE c, E. EKDAL d, K. OCAKOĞLU e, T. KARALI d, N. KÜLCÜ a

3/20/2018. Puzolan malzemelerin sınıflandırılması:

Characterization of Green Epoxy Matrix Composites Filled with Ceramic Wastes

Çentik Açma (Charpy Test Numunesi) 5 TL / Numune 1 gün DİNAMİK LABORATUVARI * TS EN ISO 148-1:2011 TS EN ISO 148-1:2011 TS EN ISO 9016:2012:2013

Danışman: Yard. Doç. Dr. Metin Özgül

Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi Çimentolu Sistemlerin Mikro Yapısı ve Çimento-Agrega Arayüzü

EN madde 8.2 Fracture toughness (Klc) EN madde 8.4 Fatique Test

YAPI MALZEMESİ PUZOLANLAR

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

ANİZOTROPİ. Schmid s Tek kristle uygulandığında:

ZnS (zincblende) NaCl (sodium chloride) CsCl (cesium chloride)

ALUMİNA DESTEKLİ MFI TİPİ ZEOLİT MEMBRANLARIN TEK GAZ GEÇİRGENLİK ÖLÇÜMÜYLE KARAKTERİZASYONU

12. SINIF KONU ANLATIMLI

STATİK LABORATUVARI Yöntem Akredite Durumu Birim Fiyat Deney Süresi TS EN ISO :2011

STATİK LABORATUVARI Yöntem Akredite Durumu Birim Fiyat Deney Süresi TS EN ISO :2011

BETONDA KARBONATLAŞMA. Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

Transkript:

DİYATOM KABUKLARININ MİKROYAPISAL ANALİZİ VE KABUKLARDAN NANO-SİLİKA TOZ ELDE EDİLMESİ ELİF GÜLTÜRK*, MUSTAFA GÜDEN* * İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü Makine Mühendisliği Bölümü ÖZET Diyatomlar Bacilariophyta familyasına sahip sulu ortamlarda yaşayan mikroskobik (1-100 mikron) tek hücreli bitkilerdir. Diyatom, hücresini amorf nano silika parçacıklarından oluşan bir kabuk (Frustule) içerisinde korumaktadır. Diyatom kabukları, atmosferik koşullarda nano silika tozlarının çökelmesi ile oluşur. Düzenli nano boyutta gözenekler içermesi nedeniyle nano malzeme üretimi ve tasarımında kullanılabilecek önemli mikroskobik ve teknik bilgiler içermektedir. Bu çalışmada, doğal ve kalsine edilmiş diyatom kabuklarının termal şok, kimyasal ve öğütme işlemleri sonucundaki mikro yapıları incelenmiştir. Diyatomların mikroskobik ve yapısal özellikleri Taramalı Elektron Mikroskobu, X-Işınları Kırınımı ve Fourier Dönüşümlü Infrared spektrometre ile belirlenmiştir. Kırılma yüzeylerinden ana çatlakların mikron altı boyutlar arasında ilerlediği ve 1000 o C sıcaklık üzerinde ise amorf diyatomit kabuklarının kristal yapıya dönüştüğü görülmüştür. Amorf ve kalsine diyatom kabuklarının hidroflorik asitteki çözülme davranışlarına inclenmiş ve amorf diyatomitin hidroflorik asitten daha az etkilendiği belirlenmiştir. Farklı sürelerinde yapılan öğütme işlemi sonucu amorf diyatom kabuklarından ortalama tane boyutu 40-400 nm aralığında nano silika tozlar elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Diyatomit, nano toz, silika, öğütme ABSTRACT Diatoms, belonging to Bacilariophyta family, are single-celled microscopic (1-100 micron) plants living in aquatic environment. The diatom cell is protected inside a shell (frustule) constructed from amorphous nanosilica particles. The frustules are formed by the precipitation of the silica particles under ambient conditions and composed of uniformly distributed pores in nano and micron size level, secreting valuable information about the processing and designing of material in nano level. In this study, the microstructures of natural and calcined diatom frustules exposed to thermal shock, chemical treatment and ball milling were investigated. The chemical and microscopic properties of the diatom frustules were further determined using Scanning Electron Microscope, X-Ray Diffraction and Fourier Transform Infrared Spectrometry. Microscopic observations on the fractured frustules showed that the cracks proceeded through the submicron pores. The natural diatomite was found to be transformed into crystal phase above 1000 0 C. The effect of hydrofluoric acid etching on the natural and calcined diatom frustules was also investigated. Hydrofluoric acid was found to be less effective on the natural frustules. Ball milling performed at various milling times resulted in silica powders ranging in particle size between 40 and 400 nm. Keywords: Diatomit, nano powder, silica, milling 1. GİRİŞ Diyatomlar amorf silikadan oluşmuş sert bir hücre duvarına sahip mikroskobik tek hücreli alglerdir (Round,1990). Diyatomların hücre duvarı, türüne ve yaşama koşullarına bağlı olarak oldukça farklı morfolojik özellikler gösterir. Nadir kabuk geometrilerine göre sınıflandırılan 100 000 farklı türü olduğu tahmin edilmektedir. Boyutları 1-500 µm arasında değişen diyatom kabukları yaklaşık 0.3-2 µm arasında değişen düzgün sıralı gözenekler içermektedir. Hücre duvarı birbiri içerisine geçen eşit iki yarım kılıftan (theca) oluşur. Her kılıf bir kapak (valve) ve bu kapağın kenarında dairesel bir bant veya kuşaktan (girdle band) meydana gelmiştir (Parkinson,1999). Diyatomlar en genel halde kabuk geometrisine göre iki sınıfa ayrılırlar. Merkezi (Centric) diyatomlar; radyal olarak simetrik bir yapıya sahipken, kanatlı (pennate) diyatomlar uzun bir eksen etrafında şekillenmiş sıralı gözenekler veya çizgilerden oluşur. (Wee,2004). Diyatomit, diyatomların fosilleşmiş silis yapıdaki kabuklarından oluşan bir mineraldir. Kieselgur veya diatomeous earth olarak da isimlendirilen bu mineral amorf silis yapıya (SiO 2 x nh 2 O) sahiptir (Drum, 2003). Diyatomitler günümüzde, gözenekli yapısı, ısı, ses ve elektrik iletkenliğinin düşük olması nedeniyle; bira, şarap vs. ve havuz sularının filtrasyonunda, izolasyon

malzemesi imalinde ve kimyasal reaksiyonlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Mühendislik ve tıbbi uygulamalarda ise en genel halde metal film membranlar, ilaç taşıyıcıları ve nano-silika toz elde edilmesi alanlarında kullanılır. Yapılan son çalışmalarda, diyatomit polimerik kompozitlerde mekanik özellikleri artırmak amacıyla katkı malzemesi olarak da kullanılmıştır (Taşdemirci, 2008). Diyatom kabukları, nano boyutta silika kristallerinin amorf olarak toplanmasından oluşmuştur. Silika kristalleri, yüksek mukavemete sahip olmasına rağmen, aralarındaki bağın zayıf olduğu bilinmektedir. Çeşitli yöntemlerle bu bağlar kırılarak nano-silika kristallerinin elde edilebileceği düşünülmektedir. Bunun için, yüksek enerjili bilyalı öğütme, ultrasonik dalgalar (böbrek taşlarının kırılması gibi), elektrik şoku ve termal şok yöntemleri kullanılabilir (Wee,2004). Bu çalışmada, iki farklı diyatomit mineralinin morfolojisi, kristal yapısı ve kimyasal birleşimi SEM, XRD ve FTIR analizleri kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca termal şok, yüksek enerjili bilyeli öğütme ve kimyasal işlemler kullanılarak diyatom kabuklarından nano-silika (mikron altı) parçacıkların elde edilmesi amaçlanmıştır. 2. MATERYAL VE METOT 2.1. Diyatomitlerin karakterize edilmesi Çalışmamızda doğal diyatomit (kieselguhr, Johnson Matthey C. Inc.) ve kalsine edilmiş diyatomit (diatomaceous earth, Celatom FW-60 The Eagle Picher Filtration&Mineral Inc.) kullanılmıştır. Diyatomitlerin nemi alınmış ve kullanılmak üzere desikatörde tutulmuştur. Doğal ve kalsine diyatomitlerin morfolojik özellikleri Philips XL- 30S FEG taramalı elektron mikroskobu (SEM) incelenmiştir. Isıl işlem görmüş (100-1200 o C) diyatomitlerin minerolojik bileşimi, Philips X Pert Pro X-ışınları kırınımı cihazı (XRD) ile 40 KV Cu-K α radyasyonu, (λ=1.54 A o ) dalga boyu ve 2θ= 5-70 0 aralığında yapılmıştır. Kimyasal bileşimi ise orta infrared spektral bölgesi λ= 2,5-50 µm dalga boyu, ύ=4000-200 cm -1 dalga sayısı ve υ=1,2 10 14 6,0 10 12 frekans aralığında Fourier Dönüşümlü Infrared spektrometre (FTIR) ile belirlenmiştir. 2.2. Nano (mikron altı) silika toz elde edilmesi Diyatom kabuklarından nano silika tozlar elde etmek için 3 farklı metot kullanılmıştır. Kimyasal işlem için doğal diyatomit üzerindeki olası organik tabakayı kaldırmak için 600 o C de 2 saat ısıl işleme tabi tutulmuştur. Diyatomit tozları ıslak eleme ve filtre işleminden sonra 8-38 m boyutuna getirilmiştir. Deneyler sırasında silikayı çözdüğü için hidroflorik asit (HF) kullanılmıştır. Numuneler, 1N HF ile 1gr diyatomit/10ml HF olacak şekilde hazırlanmış ve (1/4, 1/2, 1, 6, 24, 168 saat) süreler sonunda 15 dakika manyetik karıştırma işleminden sonra 0.2 µm teflon filtreden geçirilmiştir. Ayrıca, 1, 2, 3, 5, 7, 9 N molaritelerde ki HF de hazırlanan aynı oranlarda diyatomit 7 gün süre ile bekletilmiş ve sonunda aynı işlemler yapılarak filtre edilmiştir. Elde edilen diyatomitler kurutularak SEM de incelenmiştir. Termal şok denemeleri, 700-1200 o C sıcaklıklar arasında yapılmıştır. Doğal diyatomit tozları bu sıcaklıklarda 30 dk bekletilmiştir. Soğutma ortamı olarak sıvı azot kullanılmıştır. Diyatomitler kurutularak, SEM numuneleri hazırlanmıştır. Bilyeli değirmende öğütme işlemleri için Retsch Planetary Ball Mill PM 200 kullanılmıştır. Her iki diyatomit tozları 500 rpm hızında farklı sürelerde (1/4, 1/2, 1, 3, 5 saat ) öğütülmüştür. Diyatomitlerin ortalama parçacık boyutu Sedigraph5100 and Zetasizer 3000 HSA cihazları ile belirlenmiştir. 3. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA 3.1. Diyatom kabuklarının karakterize edilmesi Kalsine edilmiş diyatomit kabukları silindirik, radyal simetrik (centric), 8-15 m çapında ve 3-20 m uzunluğunda kısa tüp şeklindedir. Kabukların üzerinde kabuk eksenine paralel yaklaşık 300-500 nm çapında gözenekler bulunmaktadır. Diyatomitlerin bir kenarı dışa doğru çıkıntılı (outer rim) dairesel bir boşluktan oluşurken, diğer kenarı kapalıdır. Bu kenar gözeneklidir ve kenar kısımlarında parmağa benzer (finger-like) çıkıntılara sahiptir (Şekil 1.A). Doğal diyatomit kabukları, 15-40 m çapında radyal simetrik, 2-10 m genişliğinde ve 15-40 m uzunluğunda (pennate) yapılardan oluşmaktadır. Kabukların üzerinde çapları diyatom türüne göre değişen (200-500 nm) gözenekler bulunmaktadır (Şekil 1.B).

Şekil 1.A. Kalsine edilmiş B. Doğal diyatom kabuklarının SEM görüntüsü Diyatom kabuklarının kristal olup olmadığını ve faz yapısını belirlemek amacıyla XRD analizleri yapılmıştır. Şekil 2 de kalsine edilmiş diyatomit, geniş ölçekte tetragonal silika (kristobalit) olarak gösterilmiştir. Kalsine edilmiş diyatomitin aksine doğal diyatomit, içerisinde hegzagonal silika (kuartz) bulunan amorf bir yapıdır. Sonuç olarak, doğal diyatomit amorf yapıdan oluşan Opal A, kalsine diyatomit ise düzenli sıralanmış kristobalitten oluşan Opal C yapısına uygunluk göstermektedir (Yuan, 2004). Şekil 2. A. Kalsine edilmiş, B. Doğal diyatom kabuklarına ait XRD grafikleri Farklı sıcaklıklarda ısıl işlem görmüş diyatomitlere ait XRD grafikleri, 100-1200 o C arasında kalsine diyatomitin herhangi bir faz değişimine uğramadığını ve bütün piklerin kristobalit yapıya sahip olduğunu gösterdi. Öte yandan, bu sıcaklıklarda ısıl işlem görmüş doğal diyatomit için pikler karşılaştırıldığında, 900 o C den sonra yaklaşık 2θ=36 civarında pik şiddetinin arttığı, yine 2θ=21 civarında pik şiddetinin yükseldiği, 2θ=26 civarında kuartz mineraline ait pik şiddetinin azaldığı görülmektedir. Sonuçta; amorf yapıdaki doğal diyatomit, yaklaşık 900-1000 o C de kristal yapıya dönüşmeye başlamakta ve 1200 o C de bu dönüşüm tamamlanmaktadır (Şekil 3).

Şekil 3. Isıl işlem görmüş (700-1200C) doğal diyatom kabuklarına ait XRD grafikleri Doğal ve kalsine diyatomitlere ait FTIR analizleri incelendiğinde iki önemli pik görülmektedir. Bunlar; 1076-1100 dalga boyu civarında bulunan asimetrik Si-O-Si bağları ve 750-850 dalga boyu civarındaki simetrik Si-O- Si bağlarıdır. Yine 493 cm -1 civarındaki pikin ise O 3 SiOH tetrahedral titreşimi olabileceği düşünülmektedir (Yuan, 2004). Kalsine diyatomitte doğaldan farklı olarak 600-650 dalga boyunda başka bir bağ göze çarpmaktadır. Bu bağın, diyatomitin kalsine edildiği düşünülürse üç elemanlı Si-O halkalarının formasyonu sonucunda oluştuğu düşünülebilir (Şekil 4). Şekil 4. Kalsine edilmiş ve doğal diyatom kabuklarına ait FTIR grafikleri Isıl işlem görmüş (100-1200) kalsine diyatomitin FTIR piklerinde sıcaklıkla herhangi bir değişim izlenmemiştir. Doğal veya amorf diyatomitte ise 900 o C sıcaklığa kadar piklerde farklılık olmamasına rağmen bu sıcaklıktan sonra 617 cm -1 civarında pik oluşmaya başlamıştır. Bu da kalsine diyatomitle uyuşmaktadır, bu durumda amorf

yapının kristal yapıya dönüştüğünü ve sıcaklık artışıyla üç elemanlı Si-O halkalarının meydana geldiği söylenebilir (Şekil 5). Şekil 5. Isıl işlem görmüş (700-1200 o C) doğal diyatom kabuklarına ait FTIR grafikleri 3.2. Diyatomit kabuklarından nano-silika elde etme metotları Bu kısımda doğal diyatomit tozlara 700, 800, 900, 1000, 1100 ve 1200 o C sıcaklıklarda, sıvı azot soğutma ortamında termal şok işlemi uygulanmıştır. Belirlenen sıcaklıklarda 30 dk fırında bekletilen örnekler -196 o C deki sıvı azot içerisine atılarak soğutulmuştur. Örnekler etüvde kurutulmuş ve SEM de incelenmiştir. SEM fotoğraflarına göre diyatomitlerde çatlakların, kırılmaların olduğu ve bu çatlakların özellikle gözenekler arasında ilerlediği görülmüştür (Şekil 6.A). Hamm ve ark. (2003) yaptıkları çalışmada diyatomların bant kısımlarının elastik ve dayanıklı olduğunu göstermişlerdir. Ayrıca kanatlı diyatomların mukavemeti sentrik diyatomlara göre daha yüksektir (Hamm, 2003). Bizim çalışmamızda da, radyal simetrik diyatomların ani sıcaklık değişimlerinin etkisi ile bant kısımlarının kapak kısımlarına göre daha sağlam olarak izlenmiştir. Şekil 6.B de sentrik diyatoma ait bant kısmı görülmektedir. Sonuç olarak, termal şok sonrası amorf diyatomlarda çatlaklar ve kırılmalar gerçekleşmiş fakat nano boyutta bir dağılma olmamıştır. Şekil 6. A. 1000 o C de, B. 800 o C de ısıl işlem görmüş doğal diyatomit kabuklarına ait SEM fotoları 1N HF asitte 15 ve 30 dk bekletilen diyatomitlerde gözenekler arası ayrılmalar ve çözülmeler başlamıştır. HF asitte 1 saatten fazla sürelerde bekletilen doğal diyatom kabuklarının yüzeyinde 20-100 nm arasında değişen boşluklu bir yapı oluşmuştur. Şekil 7.B de diyatom kabuklarının üzerindeki gözeneklerin çapında artış ve

kabuktan ayrılan silika parçacıklar görülmektedir. Kalsine diyatomitte ise HF asitle birlikte tane sınırlarında ayrılmalar ve 400-500 nm tanecikler tespit edilmiştir (Şekil 7.A). 1gr diyatomit HF de kalma süresi arttıkça % 20-30 oranında, HF molaritenin artması ile % 80-90 oranında kütle kaybına uğramıştır. Sonuç olarak mikron altı silika toz elde edilmesinde yararlı olmamıştır. Şekil 7. 5 M de 7 gün beklemiş A. Kalsine B. Doğal diyatomitlerin SEM görüntüsü Her iki diyatomit öğütme öncesi ortalama tane boyutu Sedigraph ile belirlenmiştir. Kalsine diyatomitin ortalama tane boyutu 26.2 μm, doğal diyatomit ise 10.08 μm olarak belirlenmiştir. Her iki diyatomitin farklı sürelerde öğütülmesi sonucu, kalsine diyatomitin ortalama tane boyutu aynı koşullarda doğal diyatoma göre daha büyük ölçülmüştür. Ayrıca, kalsine diyatom için optimum öğütme süresi 1 saat ve ortalama tane boyutu 435,1 nm, amorf yapıdaki doğal diyatomit için ise 5 saat ve ortalama tane boyutu 398,9 nm olarak belirlenmiştir (Şekil 8) Şekil 8. Öğütülmüş kalsine ve doğal diyatomit kabuklarının ortalama tane boyutları Diyatomitlere ait SEM fotolarında, 20-400nm boyutunda silika parçacıklar görülmektedir (Şekil 9). Sonuç olarak bilyeli değirmende öğütme işlemi ile mikron altı boyutta silika tozları elde edilmiştir.

Şekil 9. 5 saat öğütülmüş A. kalsine, B. Doğal diyatom kabuklarına ait SEM görüntüleri Bu çalışma kristal ve amorf yapıdaki iki farklı diyatomun mikro yapısı, kimyasal özellikleri ve kristal yapısı hakkında bilgiler vermiştir. Ayrıca silika bazlı diyatom kabuklarından mikron altı-silika elde etmek için üç farklı metot denenmiştir. Sonuç olarak, diyatom kabuklarından mikron-altı silika parçacıklar elde etmek için kimyasal dağlama ve termal şok işleminin başarılı olmadığı görülmüştür. Fakat bilyeli değirmende öğütme işlemi sonucu ortalama tane boyutu 398-450 nm arasında silika tozlar elde edilmiştir. 4. TEŞEKKÜR Yazarlar 106M186 nolu proje kapsamında destelenen bu çalışma için TÜBİTAK a teşekkür etmektedirler. 5. KAYNAKLAR DRUM, R.W., GORDON R., Star Trek Replicators and Diatom Nanotechnology, 2003, Trends in Biotechnology, cilt 21, sayı 8, S 325-327. HAMM, C.E., MERKEL, R., SPRİNGER, O., JURKOJC, P., MAİER, C., PRECHTEL, K., SMETACEK, V., 2003, Architecture and material properties of diatom shells provide effective mechanical protection, Nature, 421,841-843. PARKINSON, J., GORDON, R., 1999, Beyond Micromachining: The Potential of Diatoms, Trend Biotechnol, 17, 190-196. ROUND, F.E, CRAWFORD; R.M, MANN D.G, The Diatoms, Biology and Morphology of the Genera, 1990, Cambridge University Pres, Cambridge. TASDEMİRCİ, A., YÜKSEL, S., KARSU, N.D., GÜLTÜRK, E., HALL I.W., GÜDEN, M., Diatom Frustule- Filled Epoxy: Experimental and Numerical study of the Quasi-static and High Strain Rate Compresion Behaviour, 2008, Materials Science and Engineering A, cilt 480, S 373-382. WEE, K.M., ROGERS, T.N., ALTAN, B.S., HACKNEY, S.A., HAMM, C., 2005, Engineering and Medical Applications of Diatoms, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, cilt 2,S 88-91. YUAN, P., HE, H.P., WU, D.Q., WANG, D.Q., CHEN, L.J., 2004, Characterization of diatomaceous silica by Raman Spectroscopy, Spectrochimica Acta Part A, 60:2941-2945.