Computational screening of zeolitic imidazolate framework/polymer mixed matrix membranes for gas separations
Zeolit imidazolat kafes katkılı polimerik gaz ayırma membranlarının hesaplamalı yöntemler kullanılarak taranması
- Tez No: 335675
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 174
Özet
Metal organik kafesler (MOF) organik-inorganik yapılı nanogözenekli malzemelerdir. Zeolit imidazolat kafesler (ZIF) MOFların alt grubudur ve geçiş metal iyonları ile imidazolat tipli organik bağlayıcılardan oluşmaktadır. MOFlar gaz ayırma işlemlerinde umut verici olduğu için şimdiye kadar çok sayıda MOF sentezlenmiştir. Bu malzemeler adsorban ve membran olarak sıklıkla kullanılan nanogözenekli diğer yapılara alternatiftir. Bu tezde şimdiye kadar gaz ayırma adsorbanı ve membranı olarak değerlendirilmemiş benzer yapıda olan iki ZIF, ZIF-11 ve ZIF-12, atomik detaylı simülasyonlar kullanılarak H2/CH4, H2/CO2 ve CO2/CH4 karışımlarının ayrımı için çalışılmıştır. Sonuçlar ZIF-11 ve ZIF-12?nin CO2?yi CH4 ve H2?den ayırma işlemlerinde birçok nanogözenekli membran ve adsorbana göre daha iyi olduğunu göstermiştir. MOFlar membran olarak umut verici olsalar da, hatasız ince film MOF membran üretimi oldukça zordur. Karışık yataklı membranlar (MMM) MOFların yüksek gaz geçirgenliği ve seçiciliği ile polimerik membranların işlenebilirliğini birleştirir. MOF dolgulu MMMlerin H2/CH4, H2/CO2, CO2/CH4 ve CO2/N2 ayırımı için gaz geçirgenliği ve seçiciliği atomik detaylı simülasyonlar ile teorik geçirgenlik modelleri birleştirilerek hesaplanmıştır. Sonuçlar deneysel veri ile karşılaştırılarak kullanılan hesaplama tekniklerinin doğruluğu test edilmiştir. Teorik tahminlerin deneysel sonuçlarla uyumlu olduğu gösterilip, polimerler ve MOFlardan oluşan 750 adet yeni MMMnin gaz ayırma performansları tahmin edilmiştir. MMMlerin genellikle saf polimer membranlara göre daha yüksek gaz geçirgenliği ve seçiciliği gösterdiği gözlenmiştir. İki farklı çeşit dolgu içeren MMMlerin gaz ayırma performansları bu tezde tanıtılan yeni bir yöntem ile tahmin edilmiştir. Ayrıca, dolgu parçacıklarının yapı esnekliğinin, dolgunun polimerdeki miktarının ve membran işletim koşullarının MMMlerin ayırma performansına olan etkileri araştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
Metal organic frameworks (MOFs) are nanoporous inorganic-organic hybrid materials. Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs), composed of transition metal ions and imidazolate type organic linkers, are a subclass of MOFs. Many MOFs have been synthesized to date since these materials have been reported to be highly promising in gas separation applications. They are alternatives to traditional nanoporous materials which are used as adsorbents and membranes in gas separation processes. In this thesis, two structurally similar ZIFs, ZIF-11 and ZIF-12, which have not been examined as gas separation adsorbents and membranes yet, were studied for separation of H2/CH4, H2/CO2 and CO2/CH4 mixtures using atomically detailed simulations. Results showed that ZIF-11 and ZIF-12 outperform many nanoporous membranes and adsorbents for separation of CO2 from CH4 and H2. Although MOFs are promising membranes, fabrication of defect free thin film MOF membranes is challenging. Mixed matrix membranes (MMMs) combine high selectivity and permeability of MOFs with processability of polymers. Gas permeability and selectivity of MOF-based MMMs for H2/CH4, H2/CO2, CO2/CH4 and CO2/N2 separations were examined combining atomically detailed simulations and theoretical permeation models. The results were compared with the available experimental data to test the accuracy of the calculation methods. After showing the good agreement between the predictions of theoretical methods and experiments, gas separation performances of 750 new MMMs composed of various polymers and MOFs were estimated. It was observed that MOF-based MMMs generally have higher gas permeabilities and selectivities compared to pure polymer membranes. Performances of MMMs containing two different types of fillers were also predicted using a new methodology introduced in this thesis. Effects of filler flexibility, filler loading and operation conditions on separation performance of MOF-based MMMs were also investigated.
Benzer Tezler
- Combining ionic liquids with metal organic frameworks for CO2capture and separation applications
Başlık çevirisi yok
MUHAMMAD ZEESHAN
Doktora
İngilizce
2021
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER UZUN
PROF. DR. SEDA KESKİN AVCI
- Computational screening of metal-organic frameworks for acetylene and hydrogen separations
Metal-organik çerçevelerin hesaplamalı taraması asetilen ve hidrojen ayrımı
AYDA NEMATI VESALI AZAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDA KESKİN AVCI
- Computational screening of natural proteins for morita-baylis-hillman activity
Morita-baylis-hillman aktivitesi için proteinlerin hesapsal taranması
BELKIS AKBULUT
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiYeditepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİHAN ÇELEBİ ÖLÇÜM
- Computational screening of dual cation ammine metal borohydrides
Çift katyonlu amin metal bor hidrürlerin hesaplamalı taraması
YUSUF KIŞLAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADEM TEKİN
- High-throughput computational screening of mxene for co2 capture from syngas and the effect of interlayer distance on ideal gas separation
Sentez gazından co2 yakalanması için mxene'lerin adsorpsiyon performanslarının yüksek verimli hesaplamalı yöntem ile taranması ve ara katman mesafesinin ideal gaz ayrımı üzerindeki etkisi
ŞİRİN MASSOUMILARİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Kimya MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SADİYE VELİOĞLU