Üçlü ZnO-SnO2-Zn2SnO4 nanokompozitlerinin sentezlenmesi ve fotokatalitik aktivitelerinin belirlenmesi

Son yıllarda özellikle yarı kurak ve kurak bölgelerdeki hızlı nüfus artışı, çarpık kentleşme ve endüstrileşmenin muazzam bir hızla gelişimi nedenleriyle temiz su kaynaklarına olan talep nedeniyle su kaynaklarının kirlilik derecesi de giderek artmaktadır. Günümüzde, organik boyar madde içeren endüstriyel atık sulara uygulanan arıtma/temizleme işlemlerinde düşük maliyetle temizleme işlemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Fotokatalitik yöntem bu amaca yönelik etkili çözüm sunabilecek seçeneklerden biridir. Fotokatalitik yöntem ile su atıklarında bulunan organik boyar maddelerin ultraviyole (UV) ve/veya güneş ışığından faydalanarak direk olarak yok edilmesine imkân veren yarı iletken malzemeler kullanılmaktadır. İki bileşenli çinko oksit (ZnO), kalay oksit (SnO2) ve üç bileşenli çinko kalay oksit (Zn2SnO4, ZTO) n-tipi yarı iletken metal oksitler ve bu bileşenlerle oluşturulan ikili - üçlü nanokompozit yapıların (ZTO:ZnO, ZTO:SnO2, ZTO:SnO2:ZnO) sentezi ve fotokatalitik aktivitesinin incelenmesi önemli bir araştırma konusu olmuştur. Fotokatalizör sentezinde istenilen şekil ve boyutlarda üretim yapılabilmesi seçilen sentez metoduna göre değişkenlik gösterebilmektedir. Bu tez çalışmasında istenilen boyut ve morfolojide nanokompozit üretimi yapılabilen ve karmaşık bir deney düzeneği gerektirmeyen elektro-eğirme yöntemi sentez metodu olarak seçilmiştir. Bu tez çalışmasında ilk olarak üçlü ZTO:SnO2:ZnO nanokompozit yapıları elektro-eğirme yöntemi ile sentezlenmiştir. Nanofiberlerin optik özelliklerinin optimum olması amacıyla, sentezlenen fiberlere fiber yapısından polimerik malzemenin uzaklaştırılması amacıyla 400°C ile 1200 °C arasında değişen farklı sıcaklıklarda ısıl işlem uygulanarak ısıl işlem sıcaklığının nanofiberlerin fotokatalitik özelliklerine etkileri araştırılmıştır. XRD sonuçlarına göre yüksek kristallikte ZTO:SnO2:ZnO sentezlenmesi için en uygun ısıl işlem sıcaklığının 1150 ℃ olduğu anlaşılmıştır. Daha sonra ZTO:SnO2:ZnO nanokompozit yapıların fotokatalitik aktivitesinin belirlenmesi amacıyla Rodamin B (RhB) organik boyar maddesinin UV ışık altındaki davranışları incelenmiştir. Nanokompozitlerin en iyi fotokatalitik aktiviteye sahip olması amacıyla, farklı ısıl işlem sıcaklıkları uygulanan fiberlerin boya çözeltisindeki konsantrasyonları, boya çözeltisinin pH değeri, boya çözeltisinin ışığa maruz kalma suresinin incelendiği çalışmalar yapılmıştır. Sonuç olarak yapılan tez çalışması kapsamında ZTO:SnO2:ZnO nanokompozit yapıların elektro-eğirme yöntemi ile sentezi ayrıca UV/görünür ışık altında sergilediği fotokatalitik aktiviteleri detaylı bir şekilde incelenmiş ve en uygun sentez/fotokatalitik parametreleri belirlenmiştir. Tez kapsamında yapılan çalışmalardan elde edilen sonuçlara göre 1150 °C ısıl isleme maruz bırakılarak üretilen üçlü ZTO:SnO2:ZnO nanokompozit fiberlerin 40 mg olacak şekilde pH değeri 2.03 olan 100 mL RhB boya çözeltisine eklenmesi sonucunda UV ışık altında 180 dakikada % 97.8 bozunum değerine ulaştığı gözlemlenmiştir. Bu sonuca göre üretilen üçlü nanokompozit fiber yapısı oldukça etkin fotokatalitik özellik sergilemektedir.