Tuning gas adsorption and separation performances of ZIF-8 by [BMIM][PF6] incorporation
ZIF-8'in gaz tutma ve yakalama performansının [BMIM][PF6] katkısı ile değiştirilmesi
- Tez No: 473059
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI, YRD. DOÇ. DR. ALPER UZUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 169
Özet
Doğal gaz, temel olarak metandan oluşan ve yüksek H/C oranına sahip olan, fosil yakıtlara kıyasla daha temiz bir enerji kaynağıdır. Doğal gazın yüksek yoğunlukta depolanması amacıyla sıkıştırılmış doğal gaz (CNG) ya da sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) yöntemleri kullanılmakta, ancak bu yöntemler hem maliyetli hem de düşük güvenlikli olmaktadır. Doğal gaz, içerisinde CO2 ve N2 gibi safsızlıklar bulundurmakta ve asidik yapıdaki CO2 korozyona ve düşük enerji yoğunluğuna neden olmaktadır. Ekonomik ve güvenli bir şekilde gaz depolama ve ayırma işlemlerinin gerçekleşebilmesi için yüksek kapasiteli adsorbent malzemeler kullanılmaktadır. Metal organik kafesli yapılar (MOFlar), yüksek yüzey alanı, yüksek gözeneklilik, düşük yoğunluk ve yüksek termal ve mekanik dayanklılık gibi özellikleri nedeniyle ilgi çeken, gözenekli adsorbent malzemelerdir. MOFların gaz depolama ve ayırma performanslarını geliştirmek için yapılarına iyonik sıvılar (ILler) katılması yeni bir yöntem olarak belirlenmiştir. Bu tezin ilk kısmında, imidazolyum temelli bir IL ([BMIM][PF6]), bir MOF'un (ZIF-8) içerisine katılmış ve IL ilavesinin MOF'un gaz yakalama ve ayırma performansı üzerine etkisi araştırılmıştır. Malzemelerdeki CO2, CH4 ve N2 gazlarının adsorpsiyon miktarları ölçülmüş ve malzemelerin simülasyonları ve yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamaları yapılmışır. Sonuçlara göre IL-MOF arasındaki etkileşimler, malzemelerin gazlara olan ilgisini düşük basınçta etkilemektedir. IL-MOF arasındaki direkt etkileşimler, saf ZIF-8'in CO2/CH4 ve CO2/N2 seçiciliklerini en az iki katına çıkarmıştır. İkinci kısımda, 5 farklı fosfonyum temelli IL ([P4444][TOS], [P4441][MeSO4], [P(14)666][TMPP], [P(14)666][Br], and [P(14)666][DCA]) ZIF-8 içerisine, [P(14)666][DCA] ise CuBTC içerisine katılmıştır. Amaç, farklı IL ve MOF ailelerinin gaz yakalama ve ayırma performansları üzerindeki etkisini araştırmak ve IL/MOF kompozit malzemeleri hakkındaki bilgi birikimini arttırmaktır. Aynı gas adsorpsiyonu ölçümleri, fosfonyum temelli IL/MOF kompozit malzemeleri için tekrarlanmıştır. Sonuçlar fosfonyum temelli IL'lerin MOF'ların gaz yakalama performanslarını arttırırken gaz ayırma performansları üzerinde önemli bir etkisi olmadığını göstermiştir. Bu sonuçlar, MOF'ların yapısına IL'lerin katılmasının MOF'ların gaz yakalama ve ayırma performanslarını iyileştirdiğini göstermektedir. Bu çalışmadan elde edilen sonuçların yardımıyla değişik IL'ler ve MOF'lar kullanılarak IL/MOF kompozit malzemelerinin sayılarını arttırmak ve bu malzemeleri farklı gaz ayırma uygulamalarında kullanmak mümkündür.
Özet (Çeviri)
Natural gas which is mainly composed of CH4 is a cleaner energy source with higher H/C ratio compared to fossil fuels. Natural gas is generally stored as compressed natural gas (CNG) and liquefied natural gas (LNG) to provide high densities of CH4, however these storage techniques are expensive and unsafe. Moreover, natural gas has some impurities such as CO2 and N2 which may cause corrosion and low energy density. For an efficient gas storage and separation process, high capacity adsorbent materials have been used. Metal organic frameworks (MOFs) have drawn attention as porous adsorbent materials as a result of their remarkable structural characteristics, such as high surface area, high porosity, and low density as well good thermal and mechanical stability. To improve performances of MOFs, incorporation of ionic liquid (IL) into their structure has been suggested as a new approach. In the first part of this thesis, an imidazolium-based IL ([BMIM][PF6]) was incorporated into a MOF (ZIF-8) to investigate the effect of an IL incorporation on the gas adsorption and separation performance of a pure MOF. Gas adsorption measurements for CO2, CH4, and N2 were performed in combination with atomically-detailed simulations and density functional theory (DFT) calculations. Results suggest that ILMOF interactions strongly affect the gas affinity of materials at low pressure. Direct interactions between IL and MOF lead to at least a doubling of CO2/CH4 and CO2/N2 selectivities of ZIF-8. In the second part, five different phosphonium-based ILs ([P4444][TOS], [P4441][MeSO4], [P(14)666][TMPP], [P(14)666][Br], and [P(14)666][DCA]) were incorporated into ZIF-8 and [P(14)666][DCA] was incorporated into CuBTC. The aim was to investigate the effect of different families of ILs and MOFs on the gas uptake and selectivity and extend the knowledge on IL/MOF composites. Similar performance measurements were conducted on these phosphonium-based IL/MOF composites. Results show that while phosphonium-based ILs could improve the gas capture performances of MOFs, none of them could increase selectivity of MOFs remarkably. The results show that incorporation of IL into MOF structure is a promising way to improve the gas adsorption and separation performances of pure MOFs. With the help of the results obtained in this thesis study, it is possible to extend the number of IL/MOF composites prepared by using different kinds of ILs and MOFs, and they can be investigated for different gas separation applications.
Benzer Tezler
- Application of metal organic frameworks (MOFs) in drug delivery
Metal organik kafeslerin ilaç salımında uygulamaları
MEHRAN ALIARI MIAVAGHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SİRKECİOĞLU
- Kondüktametrik ve potansiyometrik titrasyon yöntemlerinin MFİ tipi zeolitlerin asit merkezlerinin karakterizasyonuna uygulanması
Başlık çevirisi yok
YASEMİN SÜSLER
- The uses of modified muscovite at photoelectrochemical reactions and the application to new techniques
Modifiye edilmiş muskovitin fotoelektrokimyasal tepkimelerde kullanılması ve yeni tekniklere uygulanması
YUSUF DİLGİN
Doktora
İngilizce
2004
KimyaEge ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF.DR. BERRİN YENİGÜL
PROF.DR. GÜREL NİŞLİ
- Trakya havzası doğal gaz değerlendirilmesi
Başlık çevirisi yok
GÜLTEKİN ÇINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. ABDURRAHMAN SATMAN
- Çözelti yanma senteziyle tungsten oksit üretimi ve fotokatalitik özelliklerinin incelenmesi
Tungsten oxide production by slution combustion synthesis and its photocatalytic activity investigation
ŞEVKİ SAMET KAPLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ŞEREF SÖNMEZ