Towards rational design of ionic liquid/metal-organic framework composites: Effects of interionic interactions in ionic liquids
İyonik sıvı/metal organik kafesli yapı kompozit malzemelerinin rasyonel tasarlanmasına yönelik: İyonik sıvılardaki iyonlar arası etkileşimin etkisi
- Tez No: 510282
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALPER UZUN, DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Metal organik kafesli yapılar (MOF) organik bağlayıcı ve inorganik metal bileşenlerden oluşan nanogözenekli yapılardır. Bu malzemeler yapısal işlevsellikleri sebebiyle gaz depolama ve ayırma, kataliz, ve sensör uygulamaları gibi çeşitli uygulamalar için araştırılmaktadır. MOF yapısına daha fazla işlevsellik katmak ve kafesli yapıyı hedef bir uygulama için düzenlemek amacıyla MOF yapısına iyonik sıvı katılması sentez-sonrası uygulanabilecek basit modifikasyon yöntemlerinden biridir. İyonik sıvılar farklı iyon çiftlerinden oluşurlar ve bu yüzden katyon ve anyonları değiştirilerek sonsuz sayıda ve fizikokimyasal özellikte iyonik sıvı elde edilebilir. MOF yapısına iyonik sıvı katılması ile ilgili olarak en zorlayıcı kısım kullanılacak iyonik sıvının doğru belirlenmesidir. Bu tez çalışmasında iyonik sıvılardaki iyonlar arası etkileşim enerjisinin kompozit malzemenin gaz depolama ve gaz ayırma performansına ve sıcaklığa karşı dayanıklılık limitine etkisi iyonik sıvı yapısına şu iki farklı sistematik değişim uygulanarak incelenmiştir: anyon yapısının değiştirilmesi ve imidazolyum halkasının C2 pozisyonundaki protonun metillenmesi. Bu tezin ilk bölümünde, iyonik sıvı/MOF kompozitlerinin sentezlenmesinde kullanılacak yöntemin belirlenmesi için üç farklı hazırlama yöntemi denenmiştir. Farklı hazırlama yöntemlerinin kompozit malzemenin gaz tutma ve yapısal özelliklerine etkisi incelenmiş ve“ıslak emdirme”(wet impregnation) tekniğinin“şişede gemi”(ship in a bottle) ve“insipient ıslatma”(incipient wetness) tekniklerine kıyasla daha uygun bir yöntem olduğuna karar verilmiştir. Bu teknik, zaman ve enerji tüketimi açısından daha verimli bir teknik olduğundan dolayı herhangi bir iyonik sıvı/MOF kompozit malzemesinin hazırlanması için uygulanabilir. İkinci bölümde, imidazolyumlu iyonik sıvıları içeren, aynı katyon ve 7 farklı anyondan oluşan bir iyonik sıvı grubu seçilmiş ve bu iyonik sıvılar ayrı ayrı CuBTC (HKUST-1) MOF'una yüklenmiştir. Bu sayede iyonik sıvılardaki iyonlar arası etkileşimin iyonik sıvı ile MOF arasındaki etkileşime nasıl katkı sağladığı incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar CuBTC içine yüklenen iyonik sıvının çoğunlukla CuBTC'deki açık metal merkezleriyle etkileşim içinde olduğunu ve bu etkileşimlerin büyüklüğünün kuvvetli olarak iyonik sıvı yapısına bağlı olduğunu göstermiştir. Bu etkileşimin iyonik sıvı/MOF kompozitinin sıcaklığa karşı dayanıklılık limitine ve gaz tutma performansına etkisi incelenmiştir. İyonlar arası etkileşimvi spektroskopik yöntemlerle C2-H titreşim frekansındaki değişimden yararlanılarak incelenmiştir ve bu C2-H titreşim frekansının iyonik sıvı/MOF etkileşiminde dominant bir rol oynadığı görülmüştür. Bu tezin son bölümünde, imidazolyum tipi bir iyonik sıvı olan [BMIM][PF6]'nın C2 pozisyonundaki metillenmenin etkisi incelenmiştir. Sonuçlar iyonik sıvıdaki metillenmenin iyonik sıvı ve MOF arasındaki etkileşimi değiştirerek iyonik sıvı/MOF kompozitinin gaz tutma performansını etkilediğini göstermiştir. Bu tez ile sağlanan sonuçlar iyonik sıvı/MOF çiftlerinin sistematik olarak tasarlanmasına ve istenen uygulama alanına göre uygun bir iyonik sıvı seçilmesine katkı sağlayacaktır.
Özet (Çeviri)
Metal-organic frameworks (MOFs) are nanoporous materials, consist of organic linkers and inorganic metal constituents. Because of their structural functionalities, they have been investigated for a variety of applications such as gas storage and separation, catalysis, and sensing. To introduce further functionality into MOF structure and modify the framework for a target application, ionic liquids (ILs) have been used as a simple post-synthetic modification agent. Since the ILs are composed of ion pairs, by changing either the structures of cations or anions, one can synthesize an almost infinite number of varieties with different physicochemical properties. The challenging part in the modification of MOFs with IL incorporation is the proper choice of an IL. In this thesis study, the effects of interionic interaction energy in ILs on gas storage and separation performance and the thermal stability limits of the composites were investigated by introducing two different systematic changes on the IL structure: changing the anion structure and methylation of the proton on the C2 position of the imidazolium ring. In the first part, three different preparation techniques were examined to synthesize an IL/MOF composite. Influence of different preparation routes on the adsorption performance of the composite as well as its structural properties was investigated. Wet impregnation technique was selected as a proper way of preparing IL/MOF composites compared to ship-in-a-bottle and incipient wetness methods. Since this technique is not time and energy consuming, it can be employed to synthesize any combination of IL/MOF composite materials. In the second part, a family of imidazolium-based ILs with the same cation, 1-butyl-3-methylimidazolium [BMIM], and seven different anions was selected and incorporated into a well-known MOF, CuBTC (HKUST-1). Effects of interionic interactions in ILs on the extent of interactions between IL and MOF were investigated. The results showed that ILs mostly interact with the open metal sites of CuBTC, and extent of these interactions depends strongly on the IL structure. Consequences of these interactions on the thermal stability limits and adsorption performance of the IL/MOF composites were examined. Results exhibited that interionic interaction in ILs which can be probed spectroscopically with C2−H vibration frequency is the dominant factor in determining the extent of interactions between IL/MOF. In the last part of the thesis, the influence of methylation on the C2 position ofiv an imidazolium type IL ([BMIM][PF6]) was investigated. Results showed that methylation in ILs affects the interactions between IL and MOF and results in improvements in gas separation performance. Results provided in this thesis study can help to systematically design IL/MOF pairs by selecting a proper IL depending on the desired application.
Benzer Tezler
- Assessing the potential of [BMIM][MeSO4] in ionic liquid/metal organic framework composites for CO2 separation
İyonik sıvı/metal organik kafesli yapı kompozitlerinde CO2 ayrımı için [BMIM][MeSO4] potansiyelinin değerlendirilmesi
HARUN KULAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
KimyaKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDA KESKİN AVCI
DOÇ. DR. ALPER UZUN
- Development of supported non-noble metal catalysts for partial hydrogenation of 1,3-butadiene
1,3-butadiyenin kısmi hidrojenasyonu için soy olmayan metal katalizörlerin geliştirilmesi
AHSAN JALAL
Doktora
İngilizce
2019
KimyaKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. ALPER UZUN
- Structural factors controlling selectivity of supported metal catalysts for partial and semi-hydrogenation
Kısmi ve yarı hidrojenasyon için destekli metal katalizörlerinin seçiciliğini kontrol eden yapısal faktörler
YUXIN ZHAO
Doktora
İngilizce
2023
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. ALPER UZUN
- Çizim mimarlığı: Mimari bir motivasyon olarak çizim
Paper architecture: Drawing as a motivation of architecture
FUNDA TAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURBİN PAKER KAHVECİOĞLU
- Mimarlıkta özgünlük arayışları: 1950-60 arası Türkiye modernliği
The issue of originality in architecture: Turkish modernity in the period of 1950-60
İLKER FATİH ÖZORHON
Doktora
Türkçe
2008
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TÜRKAN ULUSU URAZ