Geri Dön

New solvents for surfactant self-assembly: Molten hydrated salts and concentrated aqueous electrolyte solutions

Yüzey aktifler için yeni çözücüler: Eriyik hidratlı tuzlar ve derişik elektrolit solüsyanları

PDF İndir

  1. Tez No: 336903
  2. Yazar: CEMAL ALBAYRAK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER DAĞ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Lyotropic Liquid Crystals, Molten Salts, Concentrated Aqueous Electrolytes, Self Assembly, Transition Metal Aqua Complex Salts, Alkali Metal Salts, Alkaline Earth Metal Salts, Lyotropic Liquid Crystals, Molten Salts, Concentrated Aqueous Electrolytes, Self Assembly, Transition Metal Aqua Complex Salts, Alkali Metal Salts, Alkaline Earth Metal Salts
  7. Yıl: 2013
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 158

Özet

Liyotropik sıvı kristal (LSK) arahaller (mesophase) en az iki bileşenden oluşur. Bunlardan biri yüzey aktif (surfactant), diğeri ise bir çözücüdür. Yüzey aktiflerin kendiliğinden düzenlenmesini sağlayan sıvılar arasında en çok bilinen çözücüler su, organik sıvılar, ve iyonik sıvılardır. Bu çalışmada erime noktaları oda sıcaklığı civarında olan ve [M(H2O)m](X)n olarak gösterilen (M bir geçiş metali, X ise NO3- ,Cl- ,ClO4 - vb. uygun bir karşı anyon olmalıdır) eriyik hidratlı tuzların, yüzey aktifleri LSK arahallere düzenleyebildiği gösterilmektedir. Buamaçla örnek olarak [Zn(H2O)6](NO3)2-C12EO10 sistemini seçtik (C12EO10dekaetilen monododesil eter olup; molekül yapısı H3C-(CH2)11-(OCH2CH2)10-OHdır). Bu sistemin ikili hal diyagramı -190oC ile 110oC arasında diferansiyel tarama kalorimetresi, polarize optik mikroskobu, X-ışını kırınım yöntemi, FT-IR ve raman spektroskopisi kullanılarak ortaya çıkarıldı. Hal diyagramı H2O-CnEOmsistemlerinin hal diyagramlarına benzemekle birlikte bu hal diyagramlarına özgü küre kübik-hegzagonal ile hegzagonal-süreğen kubik halleri göstermektedir. Ek olarak, hal geçişlerinin kritik toplanma etkeninin (critical packing parameter) buyruğunda olduğu da görülmüştür. Diğer sistemlerden farklı olarak bu arahallerdüşük sıcaklıklarda yüksek kararlılık göstermişlerdir. LSK arahallerde ilk defa arayapılı katı bir hale geçiş (-52oC?de bir camsı-geçiş şeklinde) gözlemlenmiştir. Arayapılı katı fazın da -190oC?de dahi kararlı olduğu gösterilmiştir. Tuz ögesinin liyotropik sıvı kristal hal içersinde kısıtlanması onun düşük sıcaklıklarda kristallenmesini engeller. Çalışmanın ikinci kısmında, [M(H2O)m](X)n türü tuzlar ile derişikelektrolit çözeltiler arasındaki benzerlikten yola çıkılarak, çeşitli derişik Li+ tuzu çözeltilerinin (LiCl, LiBr, LiI, LiNO3 and LiClO4) C12EO10 yüzey aktifi ile oluşturduğu karışımlar incelenmiştir. Karışımların geniş bir derişimaralığında LSK arahali gösterdiği tespit edilmiş, bu doğrultuda, LiNO3-H2O-C12EO10sistemiyle ilgili üçlü bir hal diyagramı, X-ışını kırınımı ve polarize optik mikroskobu tekniği ile inşa edilmiştir. Li+ tuzlarının yönlendirdiği LSK fazlarda (oda koşullarında ve açık havada) su ögesi hidrat suyu olarak bulunur. Ayrıca, ClO4 - iyonu haricinde anyonların hal davranışına etkisi Hofmeister dizisini takip eder. LiX-H2O-C12EO10 (X?in Clyahut NO3 - olduğu) sistemlerde iyonik elektriksel iletkenlik derişime (5 ile 7 tuz/yüzey aktif oranı arasında) ve sıcaklığa (-13oC ile 100oC arasında) göre takip edilmiştir. Yüksek iletlenlikleri sebebiyle bu sistemler polimer tabanlı bir elektrokromik cihazda test edilmiştir. Arahaller bu cihazda yüksek başarım göstermiştir. Araştırmalarımızı daha sonra bazı Ca2+ tuzlarını kapsayacak şekildegenişlettik. CaCl2 ve Ca(NO3)2 tuzları da geçiş metal tuzları ve alkali tuzlar gibi C12EO10 yüzey aktifi ile LSK arahaller gösterdi. CaCl2.xH2O-C12EO10 sisteminde LSK bir arahalden arakristal (mesocrystal) hale, ilk defa olarak, bir geçiş gözlemlendi. Bu arakristallerde su-tuz-yüzey aktif üçlüsünün oda sıcaklığında beraberce bir mezokristale dönüştüğü anlaşılmıştır. Son olarak, olası diğer tuz.xH2O-yüzey aktif LSK arahalleri şu tuzlarda araştırılmıştır: NaCl, NaBr, NaI, CH3COONa, NaSCN, NaClO4, NaNO3, KNO3, KCl, KSCN, KI, MgCl2, Mg(NO3)2 ve NaOH. Ek olarak derişik H3PO4 asidi ile C12EO10 yüzey aktifinin olası LSK hallerine de bakılmıştır. Tüm bu karışımlar arasında H3PO4 sistemi oda koşulları ve %25 bağıl nemde LSK hal göstermiştir. Diğer yandan, MgCl2 sisteminin de oluşturduğu LSK arahaller birkaç saat kararlıdır. NaI, KSCN and NaClO4 sistemlerinin ise düşük tuz oranlarında kararlı olmalarına karşın çok düşük arayapılı düzen içerdiği saptanmıştır. Kalan sistemler ise kararsızdır ve tuzlar kısa sürede kristallenir. NaOH sistemi ise havadaki CO2ile doğrudan reaksiyona girdiğinden kararsızdır. Özetle, bu tuzların higroskopik meyilleri ile LSK fazların oluşumu ve kararlılıkları arasında bir ilişki olduğu gösterilmiştir.

Özet (Çeviri)

Lyotropic liquid crystalline (LLC) mesophases are formed by at least two components: a surfactant and a solvent. Common solvents in the surfactant self-assembly include water, organic liquids, and ionic liquids. In this work, we show that molten hydrated salts of the type [M(H2O)m](X)n (where, M is a transiton metal cation and X is a suitable anion such as NO3 - , Cl-, and ClO4- ), which have melting points close to room temperature (RT), can organize surfactant molecules into LLC mesophases. As an example, we have focused on the [Zn(H2O)6](NO3)2-C12EO10 system (where, C12EO10 is decaethylene monododecyl ether; H3C-(CH2)11-(OCH2CH2)10-OH). A binary phase diagram was constructed between -190oC and 110oC using differential scanning calorimetry (DSC), polarized optical microscopy (POM), X-ray diffractometry (XRD), fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), and raman spectroscopy. The phase diagram closely resembles the phase diagram of H2O-CmEOn systems, exhibiting typical phases such as spherical cubic, hexagonal, and bicontinuous cubic. It is also observed that the phase transitions are dictated by the critical packing parameter (CPP) as the solvent concentration is changed. The mesophases are unusually stable at low temperatures, where a LLC to mesostructured solid transformation has been observed with a glass transiton at -52oC. The mesostructured solid phase is also stable at -190oC. The confinement of.he salt species in the LLC domains prevents the crystallization of the salt at low temperatures.In the second part, from the analogy between [M(H2O)m](X)n type salts and concentrated electrolyte solutions of alkali metal salts, the mixtures of concentrated aqueous solutions of some Li+ salts (LiCl, LiBr, LiI, LiNO3 and LiClO4) with C12EO10 surfactant, were investigated. The mixtures exhibited LLC mesophases in a broad range of compositions. A ternary phase diagram was constructed for the LiNO3-H2O-C12EO10 system at room temperature using XRD and POM tecniques. In the LLC mesophases formed with the Li+ salts, the water remains as hydrated under ambient conditions and open atmosphere. In addition, the effect of anions on the phase behaviour follows a Hofmeister series except for the ClO4 - ion. Ionic conductivty of the LiX-H2O-C12EO10 (where X is Cland NO3 - ) mesophases has been determined in a broad range of the salt concentrations(5 to 7 salt/surfactant mole ratio) and temperature (-13 to 100oC). The LiCl-H2OC12EO10 LLC samples have also been used as a gel-electrolyte to run a polymer electrochromic device. The mesophase shows excellent performance in this device. The investigations were further extended to include some of the Ca2+salts, namely CaCl2 and Ca(NO3)2. The concentrated aqueous solutions of both salts with C12EO10 and water exhibited LLC mesophases similar to the molten hydrated salts and concentrated solutions of Li+ salts. In the CaCl2.xH2O-C12EO10system, an LLC to mesocrystalline phase transformation was observed, for the first time, where the salt, water and surfactant species freezes to a mesocrystalline phase at RT. Lastly, many other salt.xH2O-surfactant LLC mesophases were investigated using the following salts: NaCl, NaBr, NaI, CH3COONa, NaSCN, NaClO4, NaNO3, KNO3, KCl, KSCN, KI, MgCl2, Mg(NO3)2 and NaOH. In addition, the LLC mesophases of concentrated H3PO4 acid and C12EO10 were also investigated. Among these compounds, H3PO4 systems exhibited air stable LLC mesophases at RT and 25% relative humdity (RH). The MgCl2 system was found to exhibit air stable LLC mesophases for a couple of hours. The NaI, KSCN and NaClO4 systems were found to be stable at low salt concentrations with little or no mesostructured order. Other salt systems were unstable and leached out saltcrystals rapidly. The NaOH system is unstable because of a reaction with CO2 in the air. In summary, we have found a correlation between the deliquescent relative humidity value of the salt and its LLC mesophase formation ability under ambient conditions.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    450634

    Synthesis & characterization of mesoporous LiCoO2 and LiMn2O4 thin films

    Mezogözenekli LiCoO2 ve LiMn2O4 ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu

    GÜLBAHAR SAAT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER DAĞ

  2. Tez No

    336884

    Investigation of lithium salt-nonionic surfactant mesophases and their applications in solar cells as gel electrolyte

    Lityum tuzlarının iyonik olmayan yüzey aktiflerle oluşturdukları arahaller ve bu yapıların güneş hücrelerinde jel elektrolit olarak uygulamaları

    GÖZDE BARIM

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER DAĞ

  3. Tez No

    360926

    Synthesis, characterization and pore size control of mesoporous Li4Ti5O12, CoTiO3 and MnTiO3 thin films

    Mezogözenekli Li4Ti5O12, CoTiO3 ve MnTiO3 ince filmlerin sentezi, karakterizasyonu ve gözenek boyutu kontrolü

    CİVAN AVCI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER DAĞ

  4. Tez No

    498390

    Şarj edilebilir lityum bataryalar için yüksek performanslı elektrot malzemelerinin geliştirilmesi

    Development of high performance electrode materials for the rechargable lithium batteries

    MELİKE SEVİM YILMAZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    EnerjiAtatürk Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖNDER METİN

  5. Tez No

    350546

    Yeni silisyum ftalosiyaninlerin sentezi ile fotokimyasal ve biyolojik özelliklerinin incelenmesi

    Synthesis of new silicon phthalocyanines with the investigation of their photochemical and biological properties

    CANAN USLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. B. ŞEBNEM SESALAN

Geri Dön