Nanotüp yapılı Tio2’ler ile gliserol ve 3-Piridinmetanolün seçici fotokatalitik yükseltgenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında Ti metali yüzeyinde farklı gerilim (50-60 V) değerlerinde ve farklı süreler için (3 ve 5 saat) uygulanan anodik yükseltgenme yöntemi ile nanotüp yapılı TiO2’ler oluşturulmuştur. Bu malzemeler ultrasonik yöntemle Ti yüzeyinden toz formunda alınarak farklı sıcaklıklarda ısıl muamelelere tabi tutulmuştur. TiO2 katalizörler XRD ve SEM teknikleri ile karakterize edilmiştir. XRD analizlerine göre ısıl muamele sıcaklığı arttıkça TiO2 kristalinitesi ve malzemenin birincil parçacık boyutu artmıştır. 500 °C’ye kadar tüm katalizörler sadece anataz fazında iken 700 °C’de anataz ve rutil fazları oluşmuştur. Hazırlanan malzemelerin nanotüp yapıda oldukları SEM analizleri ile kanıtlanmıştır. Katalizörler çevre dostu koşullarda fotokatalitik olarak UVA ışığı altında seçici gliserol ve 3-piridinmetanol yükseltgenmeleri için test edilmiştir. Çözücü olarak su, yükseltgen olarak havadaki oksijen kullanılmış, tepkimeler oda sıcaklığında ve ortam basıncında yürütülmüştür. Gliserol yükseltgenmesinde gliseraldehit, 1,3-dihidroksiaseton ve formik asit ara ürün olarak belirlenirken, 3-piridinmetanol yükseltgenmesinin ara ürünleri 3-piridinmetanal ve vitamin B3’tür. Nanotüp yapısında olmayan ticari TiO2 katalizörler (Degussa P25 ve Merck) ile laboratuvar sentezi rutil TiO2 katalizörü kıyaslama amaçlı kullanılmıştır. Gliserol yükseltgenmesinde düşük ürün seçicilikleri gözlenmiştir. Buna karşın hazırlanan NT-60V-5sa-250 katalizörü 3-piridinmetanol yükseltgenmesi için hem yüksek aktivite hem de yüksek ürün seçiciliği (toplam seçicilik %90’nın üzerinde) değerlerine sahiptir. Etkin gliserol yükseltgenmesi için hazırladığımız katalizörlerin oldukça kristallenmiş olması gerekirken (700 °C’de yakılmış), seçici ve aktif fotokatalitik 3-piridinmetanol yükseltgenmesi için optimum yakma sıcaklığı 250 °C’dir. Hazırladığımız katalizörler Degussa P25’ten daha düşük aktivite göstermek ile birlikte daha yüksek ürün seçiciliği değerlerine sahiptir.

In this thesis, nanotube structured TiO2 was formed on the Ti surface at different voltage (50-60 V) values by anodic oxidation methodand for different periods (3 and 5 hours). TiO2 powders were taken by ultrasonic method from the Ti electrodes as powdered form and calcined at different temperatures. TiO2 catalysts were characterized by XRD and SEM techniques. According to XRD analyses, by increasing the heat treatment temperature, both TiO2 crystallinity and primary particle sizes increased. While all the heat treated catalysts were only in the anatase phase up to 500 °C, both anatase and rutile phases were formed at 700 °C. SEM analyses prove that the prepared materials are in nanotube structure. The catalysts were photocatalytically tested for selective oxidation of glycerol and 3-pyridinemethanol under UVA irradiation under environmentally friendly conditions. Water was used as solvent and oxygen from air was used as oxidant, and the reactions were carried out at room temperature and at ambient pressure. In glycerol oxidation glyceraldehyde, 1,3-dihydroxyacetone and formic acid were determined as intermediate products, while the intermediate products of 3-pyridinemethanol oxidation were 3-pyridinmetanal and vitamin B3. Non-nanotube structured commercial TiO2 (Degussa P25 and Merck) and home-prepared rutile TiO2 catalysts were used for comparison. Low product selectivity values were observed in glycerol oxidation. On the other hand, the prepared NT-60V-5sa-250 catalyst showed both high activity and high product selectivity (total selectivity is over 90%) values for photocatalytic 3-pyridinmethanol oxidation. The TiO2 catalysts must be highly crystalline (calcined at 700 °C) for effective glycerol oxidation, while the optimum heat treatment temperature for selective and active 3-pyridinemethanol oxidation is 250 °C. The prepared catalysts have lower activity than Degussa P25, but they show higher product selectivity.