Alüminyum oksit nanopartiküllerin ve demir bazlı manyetik alüminyum oksit nanokompozitlerin çözelti yakma metodu ile sentezi ve uygulamaları

Son yıllarda, nanoteknolojinin kullanıldığı uygulama alanlarının giderek artması ile beraber nanoteknolojiye olan ilgi de artmıştır. Nanoteknoloji malzeme bilimi, kimya mühendisliği, elektrik mühendisliği, farmakoloji, organik kimya, moleküler biyoloji, mikro fabrikasyon vb. gibi birçok bilim dalında çeşitli uygulama alanları sunmaktadır. Alüminyum oksit veya alümina olarak bilinen metal oksit, alüminyum ve oksijen atomlarından oluşmaktadır ve kimyasal formülü Al2O3 şeklindedir. Alüminyum oksitin birçok kristal fazı bulunmaktadır. Fakat, alfa ve gama fazı en çok bilinen alüminyum oksit kristal fazlarıdır. Alfa fazı alüminyum oksitin en stabil fazı olarak bilinir. Gama fazı ise daha çok amorf ve gözenekli bir yapıya sahip alüminyum oksit fazıdır. Alüminyum oksit nanopartikülleri, geniş yüzey alanına, homojen parçacık boyut dağılımına, küresel morfolojiye ve gözenekli yapıya sahip olması nedeni ile birçok uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Nanoteknolojiye manyetik nanopartiküllerin katılmasıyla birçok yeni uygulama alanı oluşmuştur. Özellikle, demir bazlı alüminyum oksit nanokompozitlerinin üstün manyetik özellikleri, birçok uygulama alanında bu nanokompozitlerin kullanımına imkan sağlamaktadır. Bu nanokompozitler katalizör, ilaç taşıyıcı, absorban vb. olarak çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu çalışmada alüminyum oksit nanopartikülleri ve demir bazlı manyetik alüminyum oksit nanokompozitleri çözelti yakma metodu ile sentezlenmiştir. Alüminyum oksit nanopartiküllerinin ve demir bazlı manyetik alüminyum oksit nanokompozitlerinin sentezi sırasında farklı yakıt türleri ve miktarları kullanılmıştır. Alüminyum oksit nanopartikülleri, üre ve glisin olmak üzere iki farklı yakıt türü ve bunların farklı miktarları kullanılarak sentezlenmiştir. Demir bazlı manyetik alüminyum oksit nanokompozitleri ise üre, glisin ve sükroz olmak üzere üç farklı yakıt türü ve bunların farklı miktarları kullanılarak sentezlenmiştir. Sentezlenen numunelerin karakterizasyon çalışmaları için kullanılan cihazlar; X-Işını Difraktometresi (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) - EDS Analizi, Termogravimetrik ve Diferansiyel Termal Analiz (TG/DTA), Brunauer-Emmett-Teller (BET) şeklindedir. Karakterizasyon çalışmalarından elde edilen sonuçlara göre, alüminyum oksit nanopartikülleri ve demir bazlı manyetik alüminyum oksit nanokompozitleri çözelti yakma metodu ile nano boyutta başarılı bir şekilde sentezlenebilmiştir. Buna ek olarak, çözelti yakma metodu ile stokiyometrik oranda glisin yakıtı kullanılarak sentezlenen demir bazlı manyetik alüminyum oksit nanokompozitin, diğer sentezlenen numunelere kıyasla daha yüksek gözeneklilik ile küçük ve homojen dağılımlı partikül boyutuna sahip olduğu görülmüştür. Sentezlenen numunelerin XRD ve SEM analizlerinin ve manyetik özelliklerinin incelenmesi sonucunda, çözelti yakma yöntemi ile yakıt olarak stokiyometrik miktarda glisin kullanılarak sentezlenen numunenin (SC-FA-G2) adsorpsiyon çalışmalarında kullanılmasına karar verilmiştir. Bu amaçla, çeşitli proses koşullarında SC-FA-G2 numunesi adsorban olarak kullanılarak sulu çözeltilerden Reaktif Mavi 19 (RB19) boya giderme yüzdeleri incelenmiştir. Deney setleri, Cevap Yüzey Metoduna (RSM) göre Design Expert 11.0 deney tasarım programı kullanılarak planlanmıştır. Box-Behnken Tasarımına göre, farklı koşullar altında 17 deney gerçekleştirilmiştir. pH, sıcaklık ve SC-FA-G2 absorban miktarının adsorpsiyon prosesine olan etkileri incelenmiş ve Box-Behnken Tasarımı kullanılarak elde edilen verilere uyan bir model geliştirilmiştir. Ayrıca, adsorpsiyon deneylerinden elde edilen verilere göre, adsorpsiyon izoterm ve kinetik modelleri optimum koşullarda incelenmiştir. Sonuç olarak, adsorpsiyon çalışmalarından elde edilen deneysel verilerin değerlendirilmesinden sonra, SC-FA-G2 kodlu numunenin RB19 boya giderme yüzdesi, pH 2, 400 mg adsorban miktarı/50 mL ve 25 C'da % 100 olarak bulunmuştur. Ayrıca, bu numune için maksimum adsorpsiyon kapasite değeri (Qmax) ise 55.248 mg/g olarak hesaplanmıştır.