Metal-organik kafeslerin (MOF) sentezi ve hidrojen saflaştırmada adsorban olarak kullanımının araştırılması
Synthesis of metal-organic frameworks (MOFS) and investigation of their application as adsorbents for hydrogen purification
- Tez No: 1010340
- Danışmanlar: PROF. DR. NEZİHE AYAS
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Eskişehir Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Biyokütle gazlaştırmasıyla elde edilen sentez gazı, yenilenebilir hidrojen eldesi için önemli bir hammadde kaynağıdır. Ancak PEM yakıt hücreleri ve hidrojen esaslı içten yanmalı motor uygulamalarında kullanılabilmesi için CO2 başta olmak üzere safsızlıkların giderilmesi ve gerekli gaz kalitesinin sağlanması gerekmektedir. Bu çerçevede, yüksek yüzey alanı ve ayarlanabilir gözenek yapıları sayesinde seçici ayırma potansiyeli sunan metal-organik kafesler (MOF'lar) adsorban olarak son yıllarda öne çıkmaktadır. Bu çalışma kapsamında sentez gazındaki istenmeyen bileşenlerin giderimine yönelik yüksek performanslı adsorbanlar geliştirmek amacıyla iki farklı MOF türü olan Cu-BTC (Bakır benzen-1,3,5-trikarboksilat) ve Mg-MOF-74 yapıları solvotermal ve mikrodalga destekli yöntemle sentezlenmiş, XRD, SEM, TEM, BET, FT-IR ve TG analizleri ile karakterize edilmiştir. Mikrodalga destekli sentezle elde edilen Cu-BTC ve Mg-MOF-74'ün BET yüzey alanları sırasıyla 1539,46 ve 1234,07 m2/g olarak belirlenmiş; kısa reaksiyon süresinde yüksek kristallik ve gelişmiş gözenek yapısına ulaşılması yöntemin solvotermal senteze güçlü bir alternatif olduğunu göstermiştir. MOF'ların adsorpsiyon performansı sabit yataklı kolonda tek bileşenli (CO2, CH4), ikili (CO2/H2, CH4/H2) ve çok bileşenli model gaz koşullarında değerlendirilmiştir. Cu-BTC'nin CO2 adsorpsiyon kapasiteleri tek bileşenli, ikili ve çok bileşenli koşullarda sırasıyla 4,47, 1,62 ve 0,64 mmol/g; Mg-MOF-74'ün ise sırasıyla 6,20, 2,82 ve 0,70 mmol/g olarak hesaplanmıştır. Sonuçlar, her iki MOF'un açık metal merkezleri ve yüksek mikrogözeneklilik sayesinde CO2 için yüksek kapasite elde edildiğini ve geleneksel adsorbanlara kıyasla daha yüksek performans sağladığını göstermektedir. Ayrıca CO2/H2 kırılma eğrileri Thomas, Yoon-Nelson ve Bohart-Adams modellerine uyarlanmış; tüm modeller için R2>0,97 elde edilerek model kapasitelerinin deneysel değerlerle uyumlu olduğu belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Syngas produced via biomass gasification is an important feedstock for renewable hydrogen production. However, its utilization in PEM fuel cells and hydrogen-fueled internal combustion engine applications requires the effective removal of impurities, particularly CO2, to meet the relevant gas-quality specifications. In this context, metal–organic frameworks (MOFs), which offer high surface areas and tunable pore structure, have recently attracted attention as adsorbents with potential for selective separations. In this study, two MOF structures, Cu-BTC (copper benzene-1,3,5-tricarboxylate) and Mg-MOF-74, were synthesized using solvothermal and microwave-assisted methods to develop high-performance adsorbents for the removal of undesired components from syngas. The synthesized materials were characterized by XRD, SEM, TEM, BET, FT-IR, and TG analyses. The BET surface areas of microwave-synthesized Cu-BTC and Mg-MOF-74 were determined as 1539.46 and 1234.07 m2/g, respectively. Achieving high crystallinity and well-developed pore structures within short reaction times indicates that microwave-assisted synthesis constitutes a strong alternative to the solvothermal route. Adsorption performance was evaluated in a fixed-bed column under single-component (CO2, CH4), binary (CO2/H2, CH4/H2), and multicomponent model-gas conditions. The CO2 adsorption capacities of Cu-BTC under single, binary, and multicomponent conditions were calculated as 4.47, 1.62 and 0.64 mmol/g, respectively, while those of Mg-MOF-74 were 6.20, 2.82 and 0.70 mmol/g. The results demonstrate that both MOFs achieve high CO2 capacities owing to their open metal sites and high microporosity and exhibit superior performance relative to conventional adsorbents for removing undesired syngas constituents. In addition, CO2/H2 breakthrough curves were fitted using the Thomas, Yoon–Nelson, and Bohart–Adams models; for all models, R2>0.97 was obtained, confirming good agreement between model-predicted and experimental capacities.
Benzer Tezler
- Mof-based mixed matrix gas separation membranes with a novel copolyimide matrix
Özgün bir kopoliimid tabanlı mof-katkılı karışık matrisli gaz ayırma membranları
SÜLEYMAN BERKAY TATLICI
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ
- Synthesis and characterization of Fe (iron), Co (cobalt), Ni (Nickel) containing metal organic frameworks (MOFs)
Fe (demir), Co (kobalt), Ni (nikel) içeren metal organik kafes yapıların (MOFs) sentezi ve karakterizasyonu
ÇAĞLA GALIN
- Synthesis and chiroptical properties of a-chiral 2,5-diaminoterephthalates
a-kiral 2,5-diaminoterefitalatların sentezi ve kiroptik özellikleri
DORUK BAYKAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AKIN AKDAĞ
- Zirkonyum esaslı metal-organik kafes yapısına sahip kompozit sentezi ve ilaç salım sistemlerinde kullanımı
Zirconium-based metal-organic framework composite synthesis and use in drug release systems
NERGİZ ZEYNEP KANMAZ KELEŞOĞLU
Doktora
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiYalova ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PELİN BARAN
- Electrolysıs of water usıng bıfunctıonal electrocatalyst produced from metal organıc frame (MOF) structures
Metal organık kafes (MOF) yapılarından üretılen çift fonksıyonlu elektrokatalizörlerin suyun elektrolizinde kullanımı
ELİF CEREN AY
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Kimya MühendisliğiMarmara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATIF KOCA