Synthesis of ti based metal organic frameworks (MOF)
Ti bazlı metal organik ağ yapılarının (MOF) sentezi
- Tez No: 521831
- Danışmanlar: PROF. ŞERİFE ŞEREF HELVACI, PROF. SEHER FEHİME ÇAKICIOĞLU ÖZKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
Metal organik ağ yapıları (MOFlar) gelecek vaat eden yeni sınıf hibrit malzemelerdir. Sahip oldukları yüksek yüzey alanı, gözenek hacmi, düşük yoğunluk, yüksek ısıl ve kimyasal kararlılık gibi üstün özellikleri sebebiyle son dönemde araştırmacıların dikkatini çekmektedir. Farklı çeşitlerde MOFlar üretilebilmekle birlikte Ti bazlı metal organik ağ yapıları (Ti-MOFlar) sentezi ile daha yüksek yüzey alanına sahip yapılar elde edilebilmektedir. Bu üstün özelliğine rağmen literatürde Ti-MOF sentezi hakkındaki çalışmalar yeterli sayıda değildir. Bu yüzden tez kapsamında, Ti-MOF sentezi ve yüksek yüzey alanı, gözenek hacmi ve kristalliğe sahip Ti-MOFların üretilebildiği standart optimum reaksiyon koşullarının belirlenmesi üzerine çalışmalar yapılmıştır. Ti-MOF yapıları, Ti+2 iyon kaynağı olarak titanyum tetraizopropoksit (TTIP), organik ligand olarak da tereftalik asit (TPA, benzen-1,4-dikarboksilik asit) kullanılarak çözgen ortamda ısısal (solvotermal) yöntemle sentezlenmiştir. Solvotermal yöntem, düşük sıcaklık, basınçta ve küçük ekipmanlarla reaksiyonun gerçekleştirilebilmesine olanak tanımakta, dolayısı ile daha ucuz ve küçük ölçekli laboratuvar uygulamalarında kolaylık sağlamaktadır. Bu sebeple çalışmalarda sentez yöntemi olarak solvotermal yöntem seçilmiştir. Ti-MOF yapılarının sentezi sırasında optimum reaksiyon koşullarının belirlenmesi amacıyla farklı parametreler denenmiş ve deneyler farklı reaktör konfigürasyonları (karıştırmalı ve otoklav), reaksiyon sıcaklıkları (95, 120, 140 ve 160 °C), Ti/TPA mol oranları (1/2, 1/3 ve 1/8), reaksiyon süreleri (72 ve 144 saat) ve yıkama türleri (oda sıcaklığındaki DMF ve 60 °C'ye ısıtılmış DMF ile yıkama; karıştırmalı MeOH ve sokslet MeOH yıkama) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen yapılar -0.5 bar vakum altında, sırası ile 50 °C, 100 °C ve 150 °C'de aşamalı olarak kurutulmuştur. Son olarak sentezlenen yapılar, FTIR, XRD, TGA, SEM ve BET analiz yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Karakterizasyon sonuçları, en yüksek yüzey alanına (1302 m2/g), mikro gözeneklere ve gelişmiş kristallere sahip, homojen dağılımlı ve disk ve kübik yapıda Ti-MOF yapılarının, karıştırmalı reaktörde, 95 C, 1/2 Ti/TPA mol oranı, 144 saatte gerçekleştirilen sentez sonrasında sıcak DMF - sokslet MeOH ile yıkanan yapılarda elde edildiğini göstermiştir. Bu yüzden bu reaksiyon koşulları Ti-MOF sentezi için optimum reaksiyon koşulları olarak kabul edilmiştir. Sentezlenen yapıların uygulanabilirliği ise günümüzde çevresel anlamda ciddi önem arz eden atık sulardaki antibiyotiğin arıtımında denenmiştir. Optimum reaksiyon koşullarında üretilen Ti-MOF yapıları atık sulardaki antibiyotiklerin uzaklaştırılması amacıyla kullanılmıştır. Deneylerde model antibiyotik kirletici olarak daha önce sefdinir kullanılmış ve Ti-MOF yapılarına sefdinirin adsorpsiyonu çalışılmıştır. Uzaklaştırılan sefdinir konsantrasyonu HPLC ile analiz edilmiş ve adsorpsiyona pH (3.5, 7 ve 10), adsorbent konsantrasyonu (0.1, 0.25, 0.5, 0.75, 1 ve 1.5 g/L) , antibiyotik konsantrasyonu (5, 10, 15, 20 ve 40 ppm) ve sıcaklık (25, 35 ve 45 C) etkisi çalışılmıştır. Ayrıca, elde edilen deneysel sonuçlar ile adsorpsiyonun denge izotermleri ile termodinamik ve kinetik davranışları incelenmiştir. Adsorpsiyon çalışmaları sonucunda, Ti-MOF yapılarının adsorbent olarak etkinliği araştırılmıştır. 24 saatte 1 g/L adsorbent ile pH 3.5 ve 25 C'de gerçekleşen sefdinir adsorpsiyonu sonunda % 85.5, 0.1 g/L adsorbent ile pH 3.5 ve 45 C'de gerçekleşen adsorpsiyon işlemi sonunda ise sefdinirin % 81.7'si giderilmiştir. Bu yüzden en etkili adsorpsiyonun pH 3.5'ta gerçekleştiğine karar verilmiştir. Diğer taraftan, 24 saatte maksimum qt (mgsefdinir/gadsorbent) 0.1 g/L adsorbent ile pH 3.5 ve 25 C'de gerçekleşen adsorpsiyon işlemi sonunda 69.9 mg/g olarak bulunmuştur. Ayrıca denge izotermleri konusundaki çalışmalar Ti-MOF üzerine sefdinir adsorpsiyonunun Freundlich denge izoterm modeline uyduğunu, kinetik araştırmalar ise adsorpsiyon kinetiğinin yalancı ikinci mertebe olduğunu ve sistemde iki adımlı parçacıklar arası difüzyon, fiziksel adsorpsiyonun gerçekleştiğini göstermiştir. Sonuç olarak tez çalışmaları kapsamında, yüksek yüzey alanı, gözenek hacmi gibi üstün özelliklere sahip Ti-MOF yapıları üretilmiştir. Ti-MOF yapılarının adsorpsiyon işlemindeki etkinliğinin anlaşılabilmesi ve farmasetik atık sularda ciddi tehlike arz eden sefdinir antibiyotiğinin uzaklaştırılması amacıyla da adsorpsiyon çalışmaları gerçekleştirilmiş ve sefdinirin % 85.5'i adsorpsiyon işlemiyle uzaklaştırılmıştır. Bu sonuçlar, Ti-MOF yapılarının sefdinirin atık sulardan uzaklaştırılmasında etkili adsorbentler olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Metal organic frameworks (MOFs) are the promising new class of hybrid materials. They attract attention of researchers with preeminent features such as high surface area, high pore volume, low density, flexibility, high thermal and chemical stability, recently. Various types of MOFs could be produced and among these, Ti based metal organic frameworks (Ti-MOFs) are one of the MOF structures that have higher surface areas. Although its superior properties, the studies about the synthesis of Ti-MOFs is scarce. Therefore in the thesis, required to and determination of reaction conditions obtain high surface area and pore volume with high crystallinity of Ti-MOF were determined. Ti-MOF structures were synthesized by solvothermal method with using titanium tetraisopropoxide (TTIP) as a Ti+2 ion source and terephthalic acid (TPA, benzene-1,4-dicarboxylic acid) as an organic ligand. Solvothermal method was chosen as the reaction could perform at low temperatures and low pressures, it doesn't require large equipments and also it is a cheaper, easier and more suitable method for small scale laboratory equipments compared to other synthesis methods. To determine of required reaction conditions, to yield Ti-MOF with enhanced surface area and crystallinity, different parameters were tested and experiments were carried out by different reactors (stirred and autoclave), reaction temperatures (95, 120, 140 and 160 °C), Ti/TPA mol ratios (1/2, 1/3 and 1/8), reaction times (72 and 144 hours) and washing types (washings with DMF at room temperature and DMF heated to 60 °C; washings by using mixing and soxhlet equipment using MeOH). After the synthesis, the materials were dried at 50 °C, 100 °C and 150 °C, subsequently under -0.5 bar vacuum. Characterization of the synthesized materials were performed by FTIR, XRD, TGA, SEM and BET analysis methods. The characterization results showed that homogeneous disc and cubic shaped Ti-MOF structures with the highest BET specific surface area (1302 m2/g) including micropores and well-developed crystal structure were synthesized at 95 C, 1/2 Ti/TPA mol ratio, 144 hours in stirred reactor and washed with hot DMF – soxhlet MeOH washing technique. Thus in the second part of the thesis the performance of the Ti-MOF with highest surface area structures were tested in the removal of antibiotics from pharmaceutical wastewaters by using cefdinir as a model antibiotic. The effects of pH (3.5, 7 and 10), adsorbent concentration (0.1, 0.25, 0.5, 0.75, 1 and 1.5 g/L), antibiotic concentration (5, 10, 15, 20 and 40 ppm) and temperature (25, 35 and 45 C) were studied. Equilibrium isotherms, thermodynamics and kinetics of the adsorption process were investigated. Maximum removal percentage of cefdinir at 24 hours was obtained as 85.5 % at pH 3.5 and 25 C by using 1 g/L adsorbent and 81.7 % at pH 3.5 and 45 C with 0.1 g/L adsorbent. Therefore pH 3.5 is the most suitable condition for effective adsorption. On the other hand, maximum qt (mgCefdinir/gadsorbent) at 24 hours was found to be 69.9 mg/g at pH 3.5 and 25 C by 0.1 g/L adsorbent. Furthermore as a result of equilibrium isotherm studies, it was found that cefdinir adsorption process onto Ti-MOF fit to Freundlich equilibrium isotherm model, kinetic investigations showed that the adsorption kinetic is pseudo-second order and also adsorption process is physisorption with two step intra-particle diffusion. In conclusion, Ti-MOF structures with high surface area, pore volume, crystallinity were synthesized and it was shown that Ti-MOF structures could be effective adsorbents removal of cefdinir from pharmaceutical wastewaters.
Benzer Tezler
- Metal-organic frameworks (MOFs): Synthesis, characterization, and potential applications
Metal-organik çerçeveler (MOF'lar): Sentezi, karakterizasyonu ve potansiyel uygulamaları
SAEED AHMAD KHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. BURCU AKATA KURÇ
- Yeni çözülür ftaloksiyaninlerin sentezi ve agregasyon özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of new soluble phthalocyanines and study of their agregation properties
ALTUĞ MERT SEVİM
- PAN-rGo-TiO2 ve PAN-rGO-ZnO nanokompozit fotoelektrotların sentezi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal, termal ve fotokorozyon özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and characterization of PAN-rGo-TiO2 and PAN-rGO-ZnO nanocomposite photoelectrodes, and investigation of its electrochemical, thermal, and photocorrosion properties
HATİCE ÖRNEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DERYA TEKİN
- Synthesis of graphene oxide based photocatalytic nanocomposite and investigation of its antibacterial activity
Grafen oksit temelli fotokatalitik nanokompozit üretimive antibakteriyel aktivitesinin araştırılması
GİZEM DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ
- N-Substitue pirollerin sentezi ve polimerizasyonu
Synthesis and polymerization of N-Substituted pyrroles
AHMET YETKİN