A combinatorial study on hydrogen separation membranes
Çoğulcu yaklaşımla hidrojen ayırıcı membranların geliştirilmesi
- Tez No: 506372
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 144
Özet
Hidrojen ayırma membranları arasından metalik membranlar sahip oldukları çok yüksek hidrojen seçicilikleri ve hidrojen geçirgenlikleri nedeniyle oldukça ilgi çekicidirler. Metalik membranlar üzerindeki çalışmalar, genellikle bu membranlar için mümkün olduğunca düşük maliyetli ve yüksek geçirgenliğe sahip bileşimlerin belirlenmesi üzerine yoğunlaşmaktadır. Metalik membranlar arasından, Pd ve Pd alaşımları, yani f.c.c. membranlar, bir ayırma membranı olarak oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Fakat Pd'nin yüksek maliyeti, endüstriyel uygulamalardaki geniş kullanımını sınırlandırmaktadır. Bu tarz sorunların aşılmasına yönelik çabalar iki yaklaşımda odaklanmıştır. Bunlardan biri membranların Pd içeriğini, alaşımlama veya ince film membran üretimiyle azaltmaya yöneliktir. Diğer bir yaklaşım da Pd içermeyen alternatif yeni membranların geliştirilmesidir. Pd-içermeyen membranlar arasından Nb, V, Ta ve bunların alaşımları, yani b.c.c. membranlar, Pd esaslı membranlarla karşılaştırıldığında daha yüksek hidrojen geçirgenliğine sahip oldukları için ilgi çekicidirler. Bununla birlikte, b.c.c. membranlar hidrojen geçirgenliği için kritik olan hidrojen moleküllerini ayrıştırılması noktasında yetersiz bir katalitik özelliğe sahiptirler. Bir diğer önemli problem de, kırılganlıkla sonuçlanan aşırı hidrojen çözünürlüğüne sahip olmalarıdır. Bu nedenle, b.c.c. membranlar özelindeki çalışmalar, makul bir hidrojen geçirgenliğini muhafaza ederken, yüksek hidrojen çözünürlüğünün seviyesini düşürecek alaşım elementlerinin belirlenmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Fakat alaşımlama ile alternatif kompozisyonların geliştirilmesi veya tamamen yeni membran kompozisyonlarının bulunması, tek seferde bir kompozisyonun üretilmesi ve amaç için test edilmesi gibi geleneksel yöntemlerle her zaman başarılı olmamaktadır. Ayrıca, bu tarz yaklaşımlar zaman alıcı kapsamlı çalışmalar gerektirmektedir. Bu nedenle, tek bir deneyde çoklu malzeme kompozisyonlarının üretilmesine ve daha sonra etkin bir tarama tekniği ile bu kompozisyonların değerlendirilmesine imkan sağlayacak çoğulcu bir yaklaşım, yeni membran bileşimleri geliştirmek için son derece yararlı bir yöntem olarak öne çıkmaktadır. Mevcut çalışma, benimsenen çoğulcu bir yaklaşım temelinde düşük maliyetli hidrojen ayırma membranlarının geliştirilmesine yönelik yürütülen bir çalışmayı kapsamaktadır. Bu kapsamda Nb-Pd-Ti, Pd-Ag-Ti ve Pd-Ag-Ni üçlü alaşım sistemleri kombinatoryal bir yöntem ile üretilmiştir. Nb-Pd-Ti alaşımı ağırlıklı olarak b.c.c., Pd-Ag-Ti ve Pd-Ag-Ni üçlü alaşımları da çoğunlukla f.c.c. membranlar üretebilmek için tercih edilmiştir. Seçilen her bir sistem için üçlü diyagramda geniş bir kompozisyon alanını kapsayan, her biri farklı kompozisyona sahip toplam 21 membran manyetik sıçratma yöntemiyle tek bir deneyde üretilmiştir. Membranlar daha sonra dört uçlu direnç yöntemi ile reaktivite indeksleri açısından taranmıştır. Hidrojen ayırma membranı için aday olarak saptanan bileşimlerden uygun olan alaşımlar folyo halinde üretilmiş ve takiben hidrojen geçirgenliği açısından test edilmiştir. Mevcut çalışma, benimsenen yaklaşımın, düşük maliyetli hidrojen ayırma membranları için uygun bileşimlerin belirlenmesinde oldukça etkili bir yöntem olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Metallic membranes among the hydrogen separation membranes are quite attractive due to their very high hydrogen selectivity and hydrogen permeability. The efforts in metallic membranes generally concentrate on to identify membrane compositions which have a high hydrogen permeability with a reduced cost. Among the metallic membranes, Pd and Pd alloys, i.e. f.c.c. membranes are quite common as separation membranes. However, the high cost of Pd limits its widespread use in industrial applications. The efforts to address such problems have concentrated on two main approaches. One is reducing the Pd content of the membranes by alloying and producing membranes in the form of thin films. Another approach is to develop new alternative membrane compositions which are Pd-free. Of the Pd-free membranes, Nb, V, Ta and their alloys, i.e. b.c.c. membranes are particularly attractive due to their orders of magnitude higher hydrogen permeability as compared to Pd-based membranes. However, the b.c.c. membranes have an insufficient catalytic activity to dissociate hydrogen molecules into its atomic form, which is essential for hydrogen separation. The excessive hydrogen solubility resulting in embrittlement is another drawback for b.c.c. membranes. For this reason, the efforts on b.c.c. membranes have focused on identifying the alloying elements that would reduce the level of hydrogen solubility while maintaining a reasonable hydrogen permeability. However, developing alternative alloy compositions by alloying or finding completely new membrane compositions via traditional methods such as synthesizing one membrane composition at a time and testing it for the purpose are not always successful. These also require extended coordinated efforts that are time-consuming as well. Therefore, a combinatorial method that would allow the production of multiple material compositions in a single experiment and which may then be evaluated by an effective screening technique is a highly useful approach to develop new membrane compositions. The present work is an outcome of an effort to develop low-cost hydrogen separation membranes on the basis of combinatorial materials science. For this purpose, a total of three ternary systems, i.e. Nb-Pd-Ti, Pd-Ag-Ti, and Pd-Ag-Ni were investigated by a combinatorial method. Nb-Pd-Ti was selected aiming to produce dominantly b.c.c. membranes, while the Pd-Ag-Ti and the Pd-Ag-Ni ternary alloys were chosen to yield f.c.c. membranes. A total of 21 thin films, each with a different composition, covering a large compositional field in the ternary diagram were deposited in a single experiment via magnetron sputtering. The thin films were then screened by a four-probe resistivity measurement in terms of a reactivity index. The compositions identified as candidates as a hydrogen separation membrane were fabricated in the form of foils and then tested for the hydrogen permeability. The present work demonstrates that the adopted approach is a quite effective way of finding the suitable compositions for low-cost hydrogen separation membranes.
Benzer Tezler
- Development of hydrogen separation membrane in paladyum based ternary systems
Paladyum esaslı üçlü sistemlerde hidrojen saflaştırıcı membran geliştirme
MEHMET MERT KÖSE
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
- Experimental analysis of inkjet printed multi metal oxide photoelectrodes for water splitting applications
Su ayrıştırma uygulamaları için mürekkep püskürtme baskılı çoklu metal oksit fotoelektrotların deneysel analizi
GÜLSÜM EFSUN TEKNECİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ENGİN KARABUDAK
DR. ÖĞR. ÜYESİ UMUT ADEM
- Structure and multimerization effects of inorganic binding peptides: Phage display selected Pt binders as a case study
Anorganiklere bağlanan peptitlere yapısal ve çoklu tekrarların etkisi: Örnek çalışma olarak faj gösterim yoluyla seçilmiş platinyuma bağlanan peptit
SİBEL ÇETİNEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. CANDAN TAMERLER
Y.DOÇ.DR. NEVİN GÜL KARAGÜLER
- Preparation and characterization of stimuli-responsive layer-by-layer films for food technology applications
Gıda teknolojisi uygulamaları için ortam koşullarına duyarlı katman katman ince filmlerin hazırlanması ve tanımlanması
AYŞE GÜREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
BiyokimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İREM EREL GÖKTEPE
PROF. DR. YEŞİM SOYER KÜÇÜKŞENEL
- Development of a lactoferrin and lysozyme-containing pluronic-based hydrogel for wound healing
Yara iyileşmesi için laktoferin ve lizozim içeren pluronik bazlı bir hidrojel geliştirilmesi
PERİHAN ÜNVER UÇKAÇ
Doktora
İngilizce
2022
BiyoteknolojiYeditepe ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLENGÜL DUMAN
PROF. DR. FİKRETTİN ŞAHİN