https://hdl.handle.net/20.500.12573/422 Fri, 08 May 2026 07:17:27 GMT 2026-05-08T07:17:27Z https://hdl.handle.net/20.500.12573/2463 Development of hybrid membrane processes for energy and water recovery from municipal wastewaters Özcan, Özlem This thesis study aims to develop a hybrid innovative membrane-based process that maximizes circular benefit with the recovery of energy, nutrients, and water from municipal wastewater (MWW). This process was designed to be a sustainable alternative to the widely used advanced biological wastewater treatment plants (WWTP). For this purpose, the wastewater samples from the pre-sedimentation tank effluent of the Kayseri WWTP were used in laboratory-scale membrane-based process applications. In the first stage of the study, pre-concentration studies were performed to concentrate the organic matter and nutrients in the wastewater using the chemically enhanced primary sedimentation+direct ceramic microfiltration (CEPS+DCMF) process. Wastewater concentrated up to 8 times in the CEPS+DCMF process was fed to the anaerobic fluidized bed ceramic membrane bioreactor (AnFCMBR), which is the second stage of the study. The performance of the reverse osmosis (RO) process was evaluated for nutrient recovery performance in permeates of AnFCMBR and CEPS+DCMF processes. Chemical precipitation was performed on RO concentrate samples to recover struvite. With the innovative membrane-based hybrid wastewater treatment process, a net energy recovery potential of 0.126 kWh/m3 was attained by operating the AnFCMBR process at 6 hours hydraulic retention time, while an energy requirement of 0.08 kWh/m3 was attained and thus, an energy-positive process for treating MWW has been developed.; Bu tez çalışması, evsel atıksudan enerji, nütrient ve su geri kazanımı ile döngüsel faydayı maksimize eden hibrit yenilikçi membran esaslı bir proses geliştirilmesi hedeflemiştir. Bu proses ile yaygın olarak kullanımda olan konvansiyonel ileri biyolojik atıksu arıtma tesislerine (AAT) sürdürülebilir bir alternatif olarak tasarlanmıştır. Bu amaçla, laboratuvar ölçekli membran esaslı proses uygulamalarında Kayseri İleri Biyolojik AAT ön çökeltim havuzu çıkışından alınan atıksu örnekleri kullanılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında organik madde ve nütrientin konsantre edilmesi için ileri kimyasal ön çöktürme+doğrudan seramik mikrofiltrasyon (CEPS+DSMF) prosesi uygulanmıştır. CEPS+DSMF çalışmalarında 8 kata kadar konsantre edilen atıksu, çalışmanın ikinci aşaması olan anaerobik akışkan yataklı seramik membran biyoreaktör (AnFSMBR)’e beslenmiştir. AnFSMBR ve yumaklaştırma+DSMF proseslerinin permeatlarında nütrient geri kazanım çalışmaları için ters osmoz (RO) uygulanarak, bu prosesin performansı değerlendirilmiştir. CEPS+DSMF prosesi ile evsel atıksuda organik madde konsantre hale getirilmiştir. RO konsantresinde strüvit geri kazanımı için kimyasal çöktürme uygulanmıştır. Yenilikçi membran esaslı hibrit atıksu arıtma prosesi ile 0,08 kWh/m3 'lük enerji gereksinimine karşılık AnFSMBR prosesinin 6 saat hidrolik bekletme süresinde işletilmesi ile 0,126 kWh/m3 ’lük net enerji geri kazanımı potansiyeli sağlanmış ve dolayısıyla enerji pozitif bir evsel atıksu arıtma prosesinin geliştirilmiştir. Mon, 01 Jan 2024 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/20.500.12573/2463 2024-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/20.500.12573/1810 The simulations of amorphous boron materials YILDIZ, Tevhide Ayça Boron-based materials and their technological applications have great interests in many scientific and technological areas from materials science to medicine. This doctorate thesis was prepared for the purpose of investigating the atomic structure, electrical and mechanical properties of different boron based amorphous materials by using an ab-initio molecular dynamics technique. The results obtained via a computational method were presented in three main chapters. In the Chapter 3, the influence of hydrogenation on the atomic structure and the electronic properties of amorphous boron nitride (ɑ-BN) was examined. The structural evaluation of ɑ-BN and the hydrogenated (ɑ-BN:H) models revealed that their short-range order was mainly similar to each other. Hydrogenation suppressed the formation of twofold coordinated chain-like structures and tetragonal-like rings and leaded to more sp2 and even sp3 bonding. Furthermore, hydrogenation was found to have an insignificant impact on the electronic structure of ɑ-BN. Secondly, in the Chapter 4, an amorphous boron carbide (a-B4C) model was generated. The pentagonal pyramid-like motifs were found to be the main building units of B atoms in a-B4C and some of which yielded the development of B12 icosahedra. On the other hand, the fourfold-coordinated units were the leading configurations for C atoms. a-B4C was a semiconducting material and categorized as a hard material. In the Chapter 5, amorphous boron carbides (BxC1-x, 0.50x0.95) were systematically created. With increasing B/C ratio, more closed packed materials having pentagonal pyramid motifs form. All models were semiconducting materials. Some amorphous compositions were proposed to be hard materials. Keywords: Amorphous, Hydrogenation, Boron Nitride, Boron Carbide, Ab-initio molecular dynamics technique; Bor esaslı malzemeler ve teknolojik uygulamaları malzeme biliminden tıp alanına kadar birçok bilimsel ve teknolojik alanda büyük bir ilgi görmektedir. Bu doktora tezi, ab-initio moleküler dinamik tekniğini kullanarak farklı amorf bor malzemelerin atomik yapısını, elektronik ve mekanik özelliklerini incelemek amacıyla hazırlanmıştır. Hesaplamalı metot aracılığıyla elde edilen sonuçlar üç ana bölümde rapor edilmiştir. Bölüm 3'te, amorf bor nitrürün (ɑ-BN) atomik yapısı ve elektronik özelliklerine hidrojen eklemenin etkisi incelenmiştir. ɑ-BN ve dört farklı hidrojen konsantrasyonuna sahip ɑ-BN:H modellerinin yapısal değerlendirmeleri kısa erim düzenlerinin esas olarak birbirleriyle aynı olduğunu göstermiştir. Hidrojenasyon, iki kat koordinatlı zincir benzeri yapıların ve dörtgen benzeri halkaların oluşumunu baskılar ve daha fazla sp2 ve hatta sp3 bağı oluşmasına sebep olur. Ayrıca, hidrojenasyonun ɑ-BN'nin elektronik yapısı üzerinde önemsiz bir etkiye sahip olduğu görülmüştür. İkinci olarak, bölüm 4'te, amorf bor karbür (a-B4C) modeli oluşturuldu. B atomları için beşgen piramit benzeri motifler, a-B4C'deki ana yapı birimleridir ve bazıları B12 ikosahedralarının oluşumuna sebep olur. Öte yandan, dört kat koordinatlı birimler C atomları için önde gelen konfigürasyonlardır. a-B4C yarıiletken bir malzemedir ve sert malzeme olarak kategorize edilebilir. Bölüm 5'te, farklı B oranlarına sahip amorf bor karbür bileşikleri (BxC1-x, 0.50x0.95) oluşturulmuştur. Artan B/C oranıyla, beşgen piramit motiflerden oluşan daha kompakt malzemeler oluşur. Amorf bor karbür modellerin hepsi yarı iletken malzemelerdir. Bazı amorf bileşiklerin sert malzemeler olduğu önerilmiştir.. Anahtar Kelimeler: Amorf, Hidrojenleşme, Bor Nitrür, Bor Karbür, Ab-initio moleküler dinamik tekniği Sun, 01 Jan 2023 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/20.500.12573/1810 2023-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/20.500.12573/1808 The boron-rich amorphous materials KARACAOĞLAN, Ayşegül Özlem In the scope of this thesis, boron-rich amorphous materials having different boron concentrations (B1-xNx, B1-xOx and B1-xSix) were created as a result of rapid cooling of their liquid state with the help of an ab initio molecular dynamics technique. Their structural, electrical and mechanical properties were exposed in detail. In all boron rich materials, the coordination number of B was found to increase steadily with increasing B content. Similarly N and Si atoms also attained high coordinated motifs with increasing B content. However, the coordination number of O atoms remained null for all compositions. Chemical segregations and hence phase separations were witnessed in most amorphous configurations. The materials with high boron ratios, as expected, consisted of B12 icosahedrons. In addition, the formation of nano-sized B7, B10, B14 and B16 clusters was observed in some boron-rich compounds. Each computer-generated material exhibited a semiconducting character. The mechanical properties (Bulk, Young and Shear moduli) were perceived to increase with increasing B content. Some amorphous compositions were proposed to be hard materials on the basis of their Vickers hardness estimation.; Bu tez kapsamında, ab inito moleküler dinamiği kullanılarak sıvı fazlarının hızlıca soğutulması sonucunda farklı bor oranlarına sahip bor zengini amorf malzemeler (B1-xNx, B1-xOx ve B1-xSix) modellenmiştir. Yapısal, elektriksel ve mekanik özellikleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Bor bakımından zengin tüm malzemelerde B'nin koordinasyon sayısının artan B içeriği ile birlikte istikrarlı bir şekilde arttığı bulunmuştur. Benzer şekilde N ve Si atomları da artan B içeriği ile birlikte yüksek koordinasyonlu motifler oluşturmuştur. Fakat O atomlarının koordinasyon sayısı bütün kompozisyonlar için sabit kamıştır. Çoğu amorf modellerinde kimyasal ayrışma ve dolayısıyla faz ayrımları görülmüştür. Yüksek bor oranlarına sahip amorf modeller, beklenildiği gibi, B12 ikosahedrallerden oluşmaktadır. Ek olarak, bazı bor-zengini malzemelerde nano-boyutlu B7, B10, B14 and B16 kümelerinin oluştuğu bulunmuştur. Her modellenen malzeme yarı iletken özellik göstermektedir. Mekanik özelliklerin (Bulk, Young and Shear modulü) artan B içeriği ile birlikte arttığı bulunmuştur. Bazı amorf kompozisyonların Vickers sertlik tahminlerine dayanarak sert malzemeler olduğu önerilmiştir. Sun, 01 Jan 2023 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/20.500.12573/1808 2023-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/20.500.12573/1437 Novel semiconducting materials for high-performance organic transistors and solar cells Can, Ayşe In the first chapter, we review the historical and recent advances in the design and implementation of indenofluorene (IF)-based semiconductors in organic transistor and solar cell devices. In the second chapter, a series of n-type ambient-stable and solution- processable TIFDMT-based semiconducting molecules, β,β'-C8-TIFDMT, β,β'-C12- TIFDMT, and β,β'-C16-TIFDMT are reported. By utilizing alkyl chain engineering in TIFDMT-based molecules and semiconductor-dielectric interface engineering through PS-brush treatment onto the dielectric surface in their OFET devices, we optimize the semiconductors' morphologies and thin-film molecular packing motifs to attain high- performance OFETs. The PS-brush treated OFETs demonstrate high device performance with μe = 0.9 cm2/V.s and Ion/Ioff ratio = 107-108. In the third chapter, we demonstrate the design, synthesis, and characterizations of two novel meso-π-extended/-deficient BODIPY building blocks (2OD-T2BDY and 2OD-TTzBDY), a library of low band gap (Eg = 1.30-1.35 eV) donor-acceptor copolymers based on these building blocks, and the utilization of the D-A copolymers as donor materials in the bulk heterojunction organic photovoltaics. Power conversion efficiencies of up to 4.4% with a short-circuit current of 12.07 mA cm-2 are achieved. The findings of this thesis on molecular engineering and optoelectronic properties are unique and may provide critical insights into the future development of high performance materials for unconventional optoelectronics.; İlk bölümde, organik transistör ve güneş pili cihazlarında indenofloren (IF) bazlı yarı iletkenlerin tasarımı ve uygulanmasındaki tarihsel ve son gelişmeleri, ayrıca kimyasal yapı-moleküler özellikler-yarı iletkenlik ilişkilerini araştırdık ve raporladık. İkinci bölümde, bir dizi n-tipi havada kararlı ve çözelti ile işlenebilir TIFDMT-temelli yarı iletken moleküller olan β,β'-C8-TIFDMT, β,β'-C12-TIFDMT ve β,β'-C16- TIFDMT rapor edilmektedir. TIFDMT-temelli moleküllerde alkil zincir mühendisliğini ve OFET cihazlarında dielektrik yüzeye PS-fırça işlemi ile yarı iletken- dielektrik arayüz mühendisliğini kullanarak, yarı iletkenlerin morfolojilerini ve ince film moleküler istiflenme motiflerini iyileştirmeye çalışarak yüksek performanslı OFET'ler elde etmeye çalıştık. PS-fırça ile işlenmiş OFET'ler μe (maks) = ~ 0.9 cm2/V.s ve Ion/Ioff oranı = 107-108 elde ettik. Üçüncü bölümde, iki yeni mezo-π-genişletilmiş/-eksik BODIPY yapı bloklarının (2OD-T2BDY ve 2OD-TTzBDY) ve bu yapı taşlarına dayalı düşük bant aralılıklı (Örn: 1.30-1.35 eV) donör-alıcı kopolimerlerin sentezi, optoelektronik/fizikokimyasal karakterizasyonları ve toplu hetero-eklem organik fotovoltaiklerde donör malzeme olarak bu D-A kopolimerlerin kullanımı raporlanmaktadır. Bu OPV cihazlarından 12.07 mA cm-2 kısa devre akımıyla %4,4'e varan güç dönüştürme verimliliği elde edildi. Bu çalışma, π-alıcı BODIPY'leri için meso-π-genişletme stratejisinin bulunduğunu ortaya koymaktadır. Sat, 01 Jan 2022 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/20.500.12573/1437 2022-01-01T00:00:00Z