Development of graphene oxide based aerogels for environmental applications

Ham petrol, petrol ürünleri, organik çözücülerden ve boyalardan kaynaklı artan su kirliliği ile baş edebilmek için uygulanabilir ve ekonomik çözümler bulunması gerekmektedir. Geniş yüzey alanları, bol fonksiyonel grupları ve değiştirilebilir özellikleri sayesinde grafen oksit (GO) bazlı aerojeller su kirliliklerini giderme çalışmaları için gelecek vaat etmektedir. Bu tez su arıtımına yönelik yüksek tekrar kullanılabilirlik ve arındırma performansı olan GO-esaslı aerojellerin üretilmesi ve arındırma mekanizmalarının araştırılması amaçlanmıştır. GO, Tour metotu kullanılarak sentezlenmiş ve ATR-FTIR, TGA ve UV-vis ile karakterizasyonları yapılmıştır. GO aerojeller, indirgenmiş GO-stearik asit (rGO/SA) aerojeller ve GO-(3-Aminopropil)trietoksisilan (GO-NH2) aerojeller üretilmiştir. Üretilen aerojellerin gözenekli yapıları SEM ile analiz edilmiştir. Kimyasal karakterizasyonları ATR-FTIR ve ısıl özellikleri TGA kullanılarak değerlendirilmiştir. Aerojellerin arındırma performansları kloroforom, ayçiçek yağı, metilen mavisi (MB) ve metil turuncusu (MO) kullanılarak ölçülmüştür. rGO aerojel kloroform için 155 g/g soğurma kapasitesi gösterirken, rGO/SA aerojeller maksimum 87 g/g soğurma kapasitesine ulaşabilmiştir. Fakat rGO/SA aerojeller ikinci tekrar kullanımdan sonra soğurma kapasitesinde ani düşüş yaşayan rGO aerojellerinin aksine on tekrar kullanımdan sonra da ilk soğurma kapasitesini koruyabilmiştir. Ayrıca, başlangıç derişimi ve pH değeri, temas zamanı, sıcaklık ve boya yükü gibi GO and GO-NH2 aerojellerinin yüzeye tutunma kapasitelerini etkileyen parametreler araştırılmıştır. MB ve MO için kinetik ve izotermler incelenmiştir. GO ve GO-NH2 aerojellerinin MB ve MO için maksimum yüzeye tutunma kapasiteleri Langmuir izotermi kullanılarak sırasıyla 588 mg/g ve 118 mg/g olarak hesaplanmıştır. Kinetik çalışmaları GO aerojellerin MB için yüzeye tutunmasının yalancı birinci dereceden modeli takip ederken, MO için değiştirilmiş Freundlich modeli takip ettiğini göstermiştir. Termodinamik parametreleri van't Hoff denklemi kullanılarak hesaplanmış ve MB yüzeye tutunma sürecinin endotermik ve kendiliğinden gerçekleştiği anlaşılmıştır. GO aerojellerin MB yüzeye tutunması için geri dönüştürme ve tekrar kullanılma çalışmaları yapılmıştır. Son olarak GO aerojel kolay bir şekilde geri dönüştürebilmiş ve on döngüden sonra da %90'dan fazla ayırma performansını koruyarak tekrar kullanılabilirmiştir.