Geri Dön

Production and performance evaluation of ZIF-8 based binary and ternary mixed matrix gas separation membranes

ZIF-8 katkılı ikili ve üçlü karışık matrisli gaz ayrım membranlarının üretimi ve performanslarının değerlendirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 313721
  2. Yazar: NİLAY KESER DEMİR
  3. Danışmanlar: DOÇ. HALİL KALIPÇILAR, PROF. LEVENT YILMAZ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 200

Özet

Karışık matrisli membranlar yüksek potansiyelleri ve polimerlerle inorganik materyallerin avantajlarını birleştirip sinerji yaratmaları nedeniyle son yıllarda büyük önem kazanmıştır. Bu çalışmada polimer olarak polietersülfon(PES), gözenekli katı olarak Zeolitik Imidazolat Kafes-8(ZIF-8), uyumlaştırıcı olarak düşük molekül ağırlıklı 2-hidroksi 5-metilanilin(HMA) kullanılmıştır. Bu çalışmada farklı boyutlarda ZIF-8 kristalleri sentezlenmiş ve sentez yönteminin verimliliği arttırabilmek için yeni bir geri dönüşüm yöntemi geliştirilmiştir. ZIF-8 kristalleri oda sıcaklığında 1 saatlik karıştırma yöntemi ile sentezlenmiştir ve sentezlenen kristaller X-ray ışını kırınımı (XRD),taramalı electron mikroskobu (SEM), geçirimli electron mikroskobu(TEM), diferansiyel taramalı kalorimetre(DSC) ve termogravimetrik analiz(TGA) ile karakterize edilmiştir. Membran formulasyonundaki ZIF-8 miktarının gaz ayrım performansına olan etkisini incelemek için ZIF-8'inağırlıkça miktarı %10 ile %60 arasında değiştirilerek farklı membranlar hazırlanmıştır. Ayrıca, ağırlıkça %10,20 ve 30 ZIF-8 içeren membranlara ağırlıkça %1 ile %10 arasında değişen miktarlarda HMA eklenerek üçlü membranlar sentezlenmiştir. Membranları gaz ayrım performansları 3 bar besleme basıncında yapılan tekli H2, CO2 ve CH4 gaz geçirgenlik deneyleri ile incelenmiştir. Tekli gaz geçirgenlik deneyleri 3, 6, 8, 10 ve 12 bar basınçlarında tekrarlanarak, besleme basıncınınperformansa olan etkisi araştırılmıştır. Ayni zamanda seçilen membranlarda 3 ve 12 bar besleme basıncında CO2/CH4 gaz çifti için ikili gaz deneyleri yapılmıştır. Gaz aktarım deneylerinin yanı sıra membranlar SEM, TGA ve DSC yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Sürekli PES fazın içine ZIF-8 kristallerinin eklenmesiyle yüksek performanslı gaz ayrım membranları elde edilmiştir. Membran içerisindeki ZIF-8 konsantrasyonunun arttırılmasıyla kullanılan tüm gazlariçin geçirgenlik değerleri artarken, ideal seçicilik değerlerinde küçük düşüşler gözlenmiştir. Ağırlıkça%30'un altında ZIF-8 içeren membranlarda yüksek oranda tekrarlanılabilir gaz aktarım sonuçları elde edilirken, yüksek konsantrasyonda (>% 30) ZIF-8 içeren membranlarda membran formulasyon tekrarlanılabilirliği düşmüştür. HMA'nın formulasyona eklenmesiyle geçirgenliklerde düşüşgözlenirken, ideal seçicilik değerleri artmıştır ve ikili membranların gaz ayrım performansları önemli ölçüde artmıştır. Hazırlanan üçlü membranlar arasında en yüksek performansa sahip membran PES/ZIF-8(%20)/HMA(%7)'dır. PES/ZIF-8(%20) membranına ağırlıkça %7 oranında eklenen HMA' nın etkisiyle, H2 geçirgenliği 26.3'ten 13.7 barrer'e düşerken, H2/CH4 ideal seçiciliği 61.8'den 103.7'ye kadar yükselmiştir.Besleme basıncının arttırılması tüm membranların ayrım performanslarını önemli oranda arttırmıştır.CO2 and CH4 geçirgenlikleri artan besleme basıncı etkisiyle düşerken, H2 geçirgenliği basınçtan bağımsızdır ve tüm membran kompozisyonları için en yüksek ideal seçicilik artışı H2/CH4 gaz çiftinde görülmüştür. Örneğin, PES/ZIF-8(%10)/HMA(%4) membranında besleme basıncı 3 bardan 12 bara yükseltildiğinde H2/CO2, CO2/CH4 ve H2/CH4 gaz çiftleri için ideal seçiciliklerde gözlenen artışlar sırasıyla % 26, % 69 ve %113 olarak hesaplanmıştır. Bu sonuçlar kullanılan gazların ayrımıiçin yüksek basınçlarda çalışmanın daha avantajlı olacağını göstermektedir. Tüm membran kompozisyonları için 3 ve 12 bar besleme basınçlarında birbirine çok yakın ideal seçicilik ve karışım seçicilik değerleri elde edilmiştir.

Özet (Çeviri)

Mixed matrix membranes (MMMs) have gained importance because they combine the desirable properties of the polymers and the organic/inorganic filler materials and they may have a very bigpotential. In this study polyethersulfone (PES) was used as polymeric material, and Zeolitic Imidazolate Framework-8 (ZIF-8) was used as porous filler material, and 2-hydroxy 5-methyl aniline(HMA), was used as a third component in membrane formulation. In this study, ZIF-8 crystals were synthesized with varying particle sizes, and a novel recyclingmethodology was developed to improve the efficiency of ZIF-8 production. ZIF-8 nano-crystals were synthesized by a 1-hour stirring method at room temperature and characterized by X-raydiffractometer, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), dynamic light scattering (DLS) and thermal gravimetric analysis (TGA). In order to investigate the effect of ZIF-8 loading on the membrane performance, different types of membranes were prepared with varying amounts of ZIF-8 between 10-60% (w/w). Moreover, ternary mixed matrix membranes were synthesized consisting of different amounts of ZIF-8 between 10-30% (w/w) and HMA 1-10% (w/w). Gas transport properties of the membranes were investigated by single gas permeation experiments of H2, CO2 and CH4 at 3 bar feed pressure. In order to investigate the effect of feed pressure on the gas transport properties of the membranes, single gas experiments were conducted on3, 6, 8, 10 and 12 bar feed pressures. Moreover, binary gas permeation experiments of CO2/CH4 pair were conducted through selected membranes at 3 bar and 12 bar feed pressures. In addition to gas permeation experiments, the morphology and thermal characteristics of the membranes were characterized by SEM, TGA and differential scanning calorimetry (DSC) analysis.The incorporation of ZIF-8 crystals into continuous PES matrix resulted in high performance gas separation membranes. The permeabilities of all studied gases increased with ZIF-8 loading while the ideal selectivities showed a slight decrease compared to neat PES membrane. Highly reproducible andrepeatable results were obtained up to 30 % w/w ZIF-8 loading, while membrane formulation reproducibility was decreased for higher ZIF-8 contents (>30 w/w %). Addition of HMA improvedthe gas separation performances of the binary membranes significantly by decreasing permeabilities and increasing ideal selectivities. PES/ZIF-8(%20)/HMA(%7) membrane has the best separation performance for all gases among the ternary membranes. When 7 w/w % HMA was added to PES/ZIF-8(%20) membrane, H2 permeability decreased from 26.3 to 13.7 barrer, while H2/CH4 ideal selectivity increased from 61.8 to 103.7.Increasing feed pressures appreciably increased the separation performances of all membranes. While the H2 permeability is pressure independent, the CO2 and CH4 permeabilities were reduced with increasing feed pressures and the highest selectivity improvement was observed in H2/CH4 pair for allmembrane compositions. For instance, when the feed pressure was increased from 3 bar to 12 bar, the percentage improvements in ideal selectivities through PES/ZIF-8(%10)/HMA(%4) membrane were calculated as 26, 69, 113 % for the H2/CO2, CO2/CH4 and H2/CH4 gas pairs; respectively. This results show that working at higher feed pressures will be more advantageous for separation of the studiedgas pairs. The ideal selectivities and the separation factors were equal to each other for all membrane compositions both for 3 and 12 bar operating pressures.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    442576

    Metal organik kafes yapılar (MOF) ile polimer nanokompozit membranların hazırlanması ve gaz ayırma performansının değerlendirilmesi

    Preperation of metal organic frameworks (MOFs) and polymeric nanocomposite membranes and evaluation of their gas permeability properties

    GÖKÇE PINAR HEKİMOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Kimya MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. SENNUR DENİZ

  2. Tez No

    332045

    Modeling and performance evaluation of an organic rankine cycle (orc) with r245fa as working fluid

    Akışkan olarak R245fa kullanan organik Rankin çevriminin (ORC) modellenmesi ve performans değerlendirilmesi

    MUSBAUDEEN BAMGBOPA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    EnerjiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Enerji Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ERAY UZGÖREN

  3. Tez No

    507398

    Ilık asfalt üretiminde kullanılan katkıların performans değerlendirmeleri ve bu katkılarla KGM şartnamelerine göre asfalt kaplama dizaynları

    Performance evaluation of additives used in warm mix asphalt production and asfalt concrete designs by this content according to KGM specifications

    ŞUAYIP AYTEKİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    İnşaat MühendisliğiErciyes Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BEKİR AKTAŞ

  4. Tez No

    883293

    Asfalt betonunda çevresel atıkların değerlendirilmesi

    Evaluation of environmental waste in asphalt concrete

    HİLAL KOCA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    İnşaat MühendisliğiEskişehir Osmangazi Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MURAT KARACASU

  5. Tez No

    807091

    Bazı şekerpancarı çeşitlerinin Muş ekolojik koşullarında verim ve kalite özelliklerinin araştırılması

    Investigation of the production and quality traits of some sugar beet varieties in Muş ecological conditions

    HANİFİ YAĞMUR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    ZiraatMuş Alparslan Üniversitesi

    Bitkisel Üretim ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA YAŞAR

Geri Dön