Population balance modeling of TiO2 nanoparticles synthesized via thermal hydrolysis method
Isıl hidroliz methodu ile sentezlenen TiO2 nano tanelerinin populasyon denkliği ile modellenmesi
- Tez No: 382583
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞERİFE ŞEREF HELVACI, PROF. DR. DENİZ ÜNER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Gaz fazı TiO2 sentezine kıyasla daha düşük enerji gerektiren sıvı-faz TiO2 sentezinin her geçen gün önemi artmaktadır. Ancak günümüzde sanayide öncelikle olarak gaz fazı sentezi kullanılmakla birlikte bu sentez sırasında gerçekleşen yüzey olayları literatürde oldukça fazla çalışılmıştır. Buna karşın, sıvı faz çalışmaları günümüzde önem kazanmış ve bu alandaki çalışmaların sayısında da son zamanlarda artış gözlemlenmiştir. Sıvı faz sentezinin enerji gereksinimi daha düşük olmakla birlikte bu sentez sırasında gerçekleşen yüzey olayları ve kinetik katsayılar henüz aydınlatılamamıştır. Her ne kadar, bir çok kristalizasyon işlemi oldukça fazla çalışılmışsa da, benzer özelliğe sahip reaktif çökelme reaksiyonlarının mekanizmasını aydınlatma konusundaki bilgiler oldukça kısıtlıdır. Bu çalışma sırasında hem kristalizasyon hem reaktif çökelme işlemlerinde tane boyut dağılımlarının tepkime ve karıştırma koşullarına bağlı olduğu gözlenmiştir. Literatürdeki çalışmalar genelde sadece taneciklenme ve büyüme olaylarını göz önüne almakta, gerçekleşebilecek topaklaşma ve kırılma olaylarını göz ardı etmektedir. Bu sebepten literatürde benzer deneysel koşullarda oldukça farklı taneciklenme ve büyüme hız katsayılarının elde edildiği görülmüştür. Bu çalışmada ise, öncelikli olarak taneciklenme ve büyüme hız katsayıları tahmin edilmiş, sonrasında doğrusal olmayan optimizasyon ile daha doğru kinetik katsayılar elde edilmeye çalışılmştır. Bu sürede, topaklaşma hızı fonksiyonları (kernel) incelenmiş, çalışılan sisteme en uygun olan seçildikten sonra populasyon denklikleri eş zamanlı gerçekleşen topaklaşma ve büyüme düşünülerek çözülmüştür. Bu denklemleri çözümü sırasında kullanılan optimizasyon yöntemi ile daha doğru kinetik katsayılar elde edilmeye çalışılmıştır. Kinetik parametre tayini, deneysel sonuçlardan elde edilen tane boyut ve sayıca tane dağılımlarının, taneciklenme ve büyüme hızlarının aşırı doygunluğun üstel fonksiyonu olacak şekilde tanımlandıktan sonra regresyon analizi ile gerçekleştirilmiştir. Farklı TiCl4 başlangıç konsantrasyonlarının ve karıştırma hızlarının bu parameterelere ve tane dağılımlarına etkileri de incelenmiştir. Populasyon denklikleri çözümü için gerekli topaklaşma hızları, reaksiyon ortamının fiziksel özellikleri tayin edildikten sonra hesaplanmış, ve deneysel sonuçlardan regresyon analizi ile elde edilen katsayılar başlangıç değeri olacak şekilde yeniden optimizasyon yapılmıştır. Isıl hidroliz işlemi ile TiO2 sentezi sırasında, taneciklenme ve büyüme hızlarına ek olarak tane boyut dağılımına da topaklaşmanın önemli bir etkisi olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Liquid phase synthesis of TiO2 nano-sized particles is getting more important, because of the high energy requirement of gas-phase synthesis operation. However, contrary to gas phase precipitation of TiO2 nano-particles, liquid phase synthesis is going on reasearch area because of the lack of understanding the formation mechanisms during the operation. Understanding of the mechanisms are prerequisite for the detailed population balance modeling for tracking the properties of the particles such as particle size distribution, average particle size, surface area etc. Although, crystallization operations of various materials are highly understood for last decades, the knowledge is relatively restricted on the reactive precipitation operation because of their inherent complexity. Therefore, in literature only experimental results are fitted by numerical techniques (least-squares curve fitting) to estimate nucleation and growth rate parameters. However, it has been observed that, since both crystallization and precipitation operations are highly depended on the reaction conditions and because of the nonlinear nature of the numerical techniques used, for the same operation, different results can be obtained as shown in the literature. In order to overcome these difficulties, in this study, kinetic constants are estimated after the proposition of the formation mechanisms that affect both particle size distribution and total number of particles simultaneously (e.g. nucleation, growth, aggregation, breakage). Particle size distribution at four different initial TiCl4 molar concentrations and two different mixing rate conditions at constant temperature are experimentally investigated. Evaluation of the number density and cumulative volume curves, indicated the mechanisms occuring within the time interval studied. After determination of the mechanisms, physico-chemical procedure is used to obtain the kinetic rate parameters. Moreover, although most cited literature studies assume that nucleation and growth are the dominating mechanisms during crystallization and /or precipitation operations, aggregation and breakage in competitive trend are also observed during the sythesis. Tracking the particle size distribution requires to population balance equation to be solved. For this purpose, different numerical procedure commonly used in the literature for the solution of crystallization operations is summarized and their applicability of the precipitation operation is discussed.
Benzer Tezler
- Mathematical modeling of fbcs co-fired with lignite and biomass
Akışkan yataklı yakıcıların modellenmesi linyit ve biyokütlenin beraber yakılması
EKREM MEHMET MORALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN SELÇUK
YRD. DOÇ. DR. GÖRKEM KÜLAH
- Üç avcı tek av modelinin caputo kesirli türevi ve geri besleme kontrol değişkeni ile analizi
Analysis of three predator-one prey model with caputo fractional derivative and feedback control
SARE SAĞLAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
MatematikSakarya ÜniversitesiMatematik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER FARUK GÖZÜKIZIL
- Akdeniz kıyısında kurulacak bir nükleer desalinasyon kojenerasyon tesisinin termodinamik analizi
Thermodynamic analysis of a nuclear desalination cogeneration plant to be built on the Mediterranean coast
ERDEM AKYÜREK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
EnerjiBursa Teknik ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TAYFUN TANBAY
- Ergene (Trakya) havzasının hidrojeolojik incelemesi ve sayısal modellemesi
Hydrogeological investigation and numerical modeling of Ergene (Thrace) basin
MURAT BEREN
Doktora
Türkçe
2024
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN HOŞGÖRMEZ