Browsing by Author "Durmaz, Ekrem"

Now showing 1 - 3 of 3

Ayçiçeği saplarından bazı nanoselüloz türevlerinin üretimi, karakterizasyonu ve farklı uygulama alanlarında değerlendirilmesi
(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2021-12) Durmaz, Ekrem
Toplumsal çevre bilincinin artmasıyla birlikte, yenilenebilir doğal kaynaklardan selüloz esaslı nanomalzemelerin üretimine olan ilgi de hızla artmaktadır. Nanoselülozik parçacıklar, toplumumuzun mevcut çevresel ve sürdürülebilirlik endişelerini giderebilecek yüksek performanslı özel malzemelerin tasarımının yolunu açmaktadır. Biyo-esaslı nanomalzeme olarak adlandırılan bu yeni nesil ürünlerin, petrol fiyatlarındaki dalgalanmalar, petrol ve türevleri gibi fosil kaynakların sınırlı olması ve bu ürünlerin yoğun miktarda sera gazına sebep olmalarından ötürü geleneksel petrol esaslı malzemelerin yerini alacağı inancı, bu konuda yapılan küresel çaptaki araştırmaları tetikleyen unsurdur. Bu tez kapsamında ülkemizde önemli miktarda açığa çıkan, ancak yakılma, tarlada bırakma vb. dışında endüstriyel anlamda hiçbir şekilde yararlanılamayan ayçiçeği sapları hammadde olarak kullanılmıştır. Atık ayçiçeği saplarından literatürdeki optimum şartlar göz önünde bulundurularak mekanik yöntemle nanofibril selüloz (NFS) ve kimyasal yöntemle nanokristalin selüloz (NKS) üretimleri gerçekleştirilmiştir. NFS üretimi sırasında yapılan öğütme işlemi kademelerinde tüketilen enerji miktarlarının yanı sıra, hem NFS ve hem de NKS örneklerinin türbidite ve zeta potansiyel değerleri, gelişmiş lif morfolojisi analizleri, kristalinite ve termal analizler ile birlikte, elde edilen NKS ve NFS’lerde var olan bağ yapıları da hammadde ve ağartılmış lif örnekleri ile karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. NKS ve NFS’ler farklı oranlarda borik asit (BA) ve polivinil alkol (PVA) matrisleri ile karıştırılarak nanokompozit filmler üretilmiş ve bu nanokompozit filmlerin bağ yapıları, ısıl özellikleri ve mekanik özelliklerindeki değişimler belirlenmiş ve karşılaştırılmıştır. BA takviyeli nanokompozit filmlerin bağ özellikleri incelendiğinde, NFS ve NKS liflerinin BA ile etkileşimlerini yansıtan karakteristik B–O–B, B–O–C vb. bağlar tespit edilmiştir. PVA oranlarındaki değişimin ise nanokompozit filmlerin bağ yapılarını çok fazla etkilemediği ortaya konulmuştur. NFS ve NKS süspansiyonlarına BA ilavesinin, nanokompozit filmlerin yüksek sıcaklıklardaki ısıl dayanımlarını %25 – %40 arasında iyileştirdiği görülmüştür. NFS ve NKS süspansiyonlarına farklı oranlarda PVA ilavesi ise BA’nın aksine nanokompozit filmlerin ısıl özelliklerini %10 – %15 arasında düşürmüştür. Nanokompozit filmlerin mekanik özelliklerine bakıldığında, hem NKS hem de NFS filmlerine BA ilavesinin bu filmlerin çekme dirençlerini %90’a kadar azalttığı tespit edilmiştir. NFS ve NKS filmlerinin elastikiyet modülleri bu filmlere ilave edilen PVA ya da BA matrislerinin oranlarının artmasıyla birlikte %15 – %90 arasında değişen oranlarda azalma göstermiştir. NFS ve NKS filmlerine yapılanPVA ilavesi bu nanokompozitlerin kopma anındaki uzamalarını arttırırken, BA ilavesi ise azaltmıştır. Nanoselüloz süspansiyonları ile kaplanmış ahşap yüzeylerin aynasal yansıtma değerleri, nanoselüloz türü, matris türü ve kaplama tabaka sayısına bağlı olarak farklılıklar göstermekle birlikte kaplanmış kontrplak yüzeylerinin genel olarak düşük (10 GU’dan az) ve orta (10 – 70 GU arası) aynasal yansıtma özelliklerine sahip oldukları tespit edilmiştir. Kontrplak yüzeylerinin sertlik testi sonuçları incelendiğinde, NFS ve NKS süspansiyonları ile yapılan kaplamalarda sıvama kat sayısındaki artışın, nano partikül içeren süspansiyon içerisine farklı matrislerin ilavesinin ve MF tutkalı ilavesinin, yüzeylerin sertlik değerlerini en yüksek seviyeye kadar (7H) yükselttiği görülmüştür. Su temas açısı deneyi sonuçlarına göre, NFS ve NKS süspansiyonlarına farklı konsantrasyonlarda BA, PVA ve MF ilavesinin, bu nanopartiküllerle kaplanmış kontrplakların yüzey hidrofobikliğini azaltarak temas açılarını düşürdüğü tespit edilmiştir. NFS ve NKS süspansiyonları atık oluklu mukavva, gazete kağıdı ve ofis kağıdı hamurlarından üretilen geri dönüşüm kağıtlarının içerisine farklı oranlarda katılmış, diğer taraftan nano partikül içeren bu süspansiyonlar düşük gramajlı ağartılmamış kraft kağıtlarının kaplanmasında kullanılmışlardır. Kağıtlara ilave edilen NFS ve NKS süspansiyonlarının oranının ve uygulanan kaplama işlemindeki tabaka sayısının artmasıyla, kaplama işlemi yapılmış kraft kağıtlarının ve atık kağıt hamurlarından üretilmiş geri dönüşüm kağıtlarının gramajlarının %1 – %15 ve kalınlıklarının ise %5 – %35 arasında arttığı tespit edilmiştir. Kaplanmış kraft kağıtlarının mekanik özelliklerinin nanoselüloz süspansiyonu ile sıvanması sonrasında istatistiksel olarak önemli bir gelişme sağlamadığı, atık kağıt hamurlarına NFS süspansiyonu ilavesiyle üretilen geri dönüşüm kağıtlarının mekanik özelliklerinin iyileştiği, ancak NKS süspansiyonu ilavesinde ise geri dönüşüm kağıtlarının mekanik özelliklerinin benzer değerlerde seyrettiği tespit edilmiştir. Gazete kağıdı ve oluklu mukavva hamurlarına ilave edilen NFS süspansiyonun üretilen kağıtların su absorpsiyon özelliklerini %3 – %18 arasında geliştirdiği, NKS süspansiyonu ilavesinin ise düşürdüğü saptanmıştır. Kaplanmış kağıtlarda ise uygulanan tabaka sayısının artmasıyla su absorpsiyon değerlerinin arttığı tespit edilmiştir. Kağıtların porozite özelliklerinin hem NFS süspansiyonu ilavesinde hem de NFS süspansiyonu ile yapılan kaplama işleminde ileri bir seviyeye ulaştığı gözlenmiştir. Yapılan nano partikül takviyesinin ve bunlarla yapılan kaplama işlemlerinin ise optik özellikleri etkilemediği görülmüştür. Elde edilen sonuçlar literatürdeki çalışmalar ile kıyaslanarak, önemli bir tarımsal atık olan ayçiçeği saplarından elde edilen biyo-esaslı nanoselüloz partiküllerinin endüstriyel ölçekte üretim olanakları incelenmiş ve bu yeni nesil nano malzemelerin kompozit filmlerde, ahşap yüzeylerde, kağıt esaslı ürünlerin yüzeylerinde ve üretimlerinde çevre dostu bir ajan olarak görev alabilecekleri ortaya konulmuştur. Böylelikle kullanım alanları kısıtlı olan yıllık bitki ve tarımsal atıkların nanoselüloz üretiminde değerlendirilmesi teşvik edilerek, hem bu atıklardan faydalanmanın bir yolu bulunmuş, hem de son derece değerli bir ürün olan odun hammaddesinin nanoselüloz üretiminde kullanımının da önüne geçilmesi amaçlanmıştır.
Farklı doğal lif kaynaklarından mikrokristalinselüloz (MCC) eldesi ve bunlardan kompozit film üretim imkanlarının araştırılması
(Kastamonu Üniversitesi, 2016) Durmaz, Ekrem
Geleneksel petrol esaslı kompozit malzemeler, petrol ve benzeri gibi fosil kaynakların kısıtlı olması, sürekli dalgalanan bir fiyat skalasında bulunması ve çevresel dezavantajlarından ötürü yerlerini artık bio-esaslı kompozit malzemelere bırakmaktadırlar. Bununla birlikte sadece Türkiye‘de her yıl yaklaşık 35-40 milyon ton bitkisel atık ortaya çıkmaktadır. Ancak bunların büyük çoğunluğundan yeteri kadar yararlanılamamaktadır. Halbuki bu tür atıklardan üretilecek olan biyo-esaslı kompozit malzemeler hem orman varlığını korumada, hem de bitkisel atıklardan faydalanmada büyük bir önem arz etmektedir. Bu çalışmada buğday sapı, pirinç sapı ve kendir kullanılarak elde edilen mikrokristalinselüloz (MCC) ile kompozit film üretim olanakları araştırılmıştır. Buğday sapı, pirinç sapı ve kendir hammaddelerinden 2 farklı kimyasal metot (1. metot olarak %17,5 NaOH, 8, 16 ve 24 saat olmak üzere 3 farklı sürede 1 M HCl, %2 NaOH muameleleri ve 2. metot olarak % 90 CH2O2, CH2O3 (CH2O2/H2O2 : 2/1), %17,5 NaOH, %16 H2SO4 muameleleri) ve 2 farklı mekanik metot (1. metot olarak sıvı azot ve yüksek basınç, ultrasonikasyon iĢlemi, 2. metot olarak sadece ultrasonikasyon işlemi) kullanılarak mikrokristalinselüloz (MCC) elde edilmiş ve SEM, TGA, FTIR ve XRD analizleriyle bunların morfolojik ve karakteristik özellikleri tespit edilmiştir. Daha sonra bu MCC‘ler süspansiyon halinde homojenleştirilerek kompozit filmler üretilmiş ve bu filmlerin çekme, renk değişim ve ısıl deneyleri yapılarak fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Yapılan analizler ve varılan bulgular neticesinde elde edilen MCC‘lerin çaplarının kullanılan doğal lif kaynaklarına ve üretim metotlarına bağlı olarak 400 nm – 7 µm arasında değiştiği gözlenmiştir. MCC‘lerin yapısında bulunan ve selülozun yapıtaşlarını oluşturan C-H, O-H, H-C-H vb. titreşim pikleri tespit edilmiştir. Alkali ve asit muameleleri ile selülozun amorf bölgeleri uzaklaştırılarak MCC‘ler saflaştırılmış ve en yüksek kristallik indeks değerine % 77,14 ile 24 saat HCl ile muamele edilmiş olan kendir örneğinde rastlanmıştır. Hemiselüloz, lignin ve pektin maddelerinin uzaklaştırılması sonucunda MCC‘lerin yanma sıcaklıkları yaklaşık 380oC civarında tespit edilmiştir. Yapılan mekanik testler sonucunda üretilen kompozit filmlerden 2. metot ile muamele edilmiş olan buğday sapı örneklerinden üretilmiş filmlerin en yüksek çekme kuvveti değerlerine ve 2. metot ile muamele edilmiş olan pirinç sapı örneklerinden üretilmiş filmlerin ise boyuna yönde en yüksek uzama miktarına sahip olduğu belirlenmiştir. Saflaştırılmış MCC‘lerin ilavesi kompozit filmlerin yanma sıcaklıklarında herhangi bir etkiye sebep olmamış, bütün örneklerde yaklaşık aynı değerde bulunmuştur. Bu çalışma neticesinde farklı doğal lif kaynaklarından elde edilen MCC‘lerin bio-esaslı kompozit filmlerin üretimine uygun olduğu görülmüştür. Ayrıca yapılacak çalışmalar ile bu malzemeler geleneksel petrol esaslı kompozit malzemelerle karşılaştırılarak onların yerini alması ve günlük kullanıma uygulanabilirliği de tartışılacaktır.
Lignocellulosic Bionanomaterials for Biosensor Applications.
(2023-07-19) Durmaz, Ekrem; Sertkaya, Selva; Yilmaz, Hande; Olgun, Cagri; Ozcelik, Orhan; Tozluoglu, Ayhan; Candan, Zeki
The rapid population growth, increasing global energy demand, climate change, and excessive use of fossil fuels have adversely affected environmental management and sustainability. Furthermore, the requirements for a safer ecology and environment have necessitated the use of renewable materials, thereby solving the problem of sustainability of resources. In this perspective, lignocellulosic biomass is an attractive natural resource because of its abundance, renewability, recyclability, and low cost. The ever-increasing developments in nanotechnology have opened up new vistas in sensor fabrication such as biosensor design for electronics, communication, automobile, optical products, packaging, textile, biomedical, and tissue engineering. Due to their outstanding properties such as biodegradability, biocompatibility, non-toxicity, improved electrical and thermal conductivity, high physical and mechanical properties, high surface area and catalytic activity, lignocellulosic bionanomaterials including nanocellulose and nanolignin emerge as very promising raw materials to be used in the development of high-impact biosensors. In this article, the use of lignocellulosic bionanomaterials in biosensor applications is reviewed and major challenges and opportunities are identified.