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
- Tez No: 593233
- Danışmanlar: PROF. DR. SEDA KESKİN AVCI, DOÇ. DR. ALPER UZUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Kimya Mühendisliği, Chemistry, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
İyonik sıvıların (IL'lerin) metal organik kafesli yapılara (MOF'lara) katılması, gaz depolanma ve ayırma işlemleri için geniş bir potansiyel sunan yeni bir yaklaşımdır. Her ne kadar bu kompozit malzemeler çeşitli uygulamalarda saf MOF'ların performansını artırmak için çok ümit verici sonuçlar sunsa da, bugüne kadar çok sınırlı sayıda IL/MOF kompozitleri rapor edilmiştir, bu yüzden yüksek performansa ulaşmak için gereken yapısal faktörlerin ne olduğu hakkında çok az şey bilinmektedir. Bu nedenle, IL'ler ve MOF'lar arasındaki etkileşimler ve bu etkileşimlerin gaz ayırma performansları üzerindeki etkilerinin temel seviyede anlaşılması, bu yeni malzemelerin rasyonel tasarımı için çok önemlidir. Bu tezin ilk bölümünde, iyi bilinen bir IL, 1-n-bütil-3-metilimidazolyum metil sülfat ([BMIM][MeSO4]), bir metal organik kafesli yapıya, MIL-53(Al)'ye, katıldı. Bu sentez sonrası modifikasyon, saf MOF'un gaz ayırma performansında bir artış sağladı. Yapılan ayrıntılı karakterizasyon çalışmaları sonucunda, IL'nin doğrudan MOF ile etkileşime girdiği ve MIL-53(Al) kanalları içindeki elektronik ortamı önemli ölçüde değiştirdiği anlaşıldı. IL-MOF etkileşimlerinin gaz tutma performansı ve MIL-53(Al)'nin ısıl kararlılığı üzerindeki etkileri ortaya koyuldu. Hacimsel gaz adsorpsiyon ölçümlerine göre, IL katılmasının CH4 ve N2 üzerindeki ideal CO2 seçiciliğinde sırasıyla iki ve üç kattan fazla artışa yol açtığı gözlendi. Veriler ayrıca, IL/MOF kompozitinin 5 bara kadar saf MIL-53(Al)'ye kıyasla CO2 için N2'ye karşı iki kat daha seçici olduğunu göstermiştir. İzosterik adsorpsiyon ısısı (Qst) değerleri ise IL katılmasının CO2 afinitesini arttırdığını, CH4 ve N2 afinitelerini ise azalttığını ortaya koymuştur. Tekrarlı adsorpsiyon-desorpsiyon ölçümleri, kompozitin altı döngü boyunca CO2 adsorpsiyon kapasitesinde neredeyse hiç azalma olmadan yeniden kullanılabileceğini göstermiştir. İkinci bölümde, aynı IL, [BMIM][MeSO4], IL katılmasının farklı MOF ailelerinin performansları üzerindeki etkisinin anlaşılması için beş farklı MOF'a katıldı: NH2-MIL-53(Al), UiO-66, NH2-UiO-66, ZIF-8 ve Ni-MOF-74. Elde edilen sonuçlara dayanarak, [BMIM][MeSO4]'ün MOF'lara katılmasının etkisinin önemli ölçüde IL ve MOF tipine bağlı olarak değişen moleküler seviye etkileşimlere bağlı olduğu sonucuna varıldı. Veriler, [BMIM][MeSO4]/MOF kompozitlerinin gaz adsorpsiyon miktarlarını artıramamış olsalar bile, bu MOF'lara [BMIM][MeSO4] katılmasının saf MOF'ların gaz ayırma performanslarını arttırabileceğini göstermiştir. Elde edilen sonuçlar MIL-53(Al) ve Ni-MOF-74'ün, dikkate alınan MOF'lar arasında yüksek CO2 ayırma performansına sahip yeni IL/MOF kompozit sınıflarının geliştirilmesi için mükemmel bir platform sunduklarını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Incorporation of ionic liquids (ILs) into metal organic frameworks (MOFs) is an emerging approach offering a broad potential for gas storage and separation. Even though these composite materials presented very promising results for improving the performance of the parent MOFs in several applications, very limited numbers of IL/MOF composites have been reported so far, thus very little is known regarding what the structural factors required for reaching high performance. Thus, fundamental level understanding on the interactions between ILs and MOFs, and their consequences on gas separation performance is crucial for the rational design of these novel materials. In the first part of this thesis, a well-known IL, 1-n-butyl-3-methylimidazolium methyl sulfate ([BMIM][MeSO4]), was incorporated into a metal organic framework, MIL-53(Al). This post-synthesis modification leads to an enhancement in the gas separation performance of the pristine MOF. Detailed characterizations were conducted, and results elucidated that IL interacts directly with the framework, significantly modifying the electronic environment inside the channels of MIL-53(Al). Effects of IL-MOF interactions on the gas uptake performance and the thermal stability of MIL-53(Al) were revealed. The volumetric gas adsorption measurements showed that the IL incorporation leads to more than two- and three-fold increase in the ideal selectivity for CO2 over CH4 and N2 separations, respectively. Data further indicated that the IL/MOF composite remains twice as much selective toward CO2 over N2 compared with pristine MIL-53(Al) up to 5 bar. The isosteric heat of adsorption (Qst) values showed that IL incorporation increases CO2 affinity and decreases the CH4 and N2 affinities. Cycling adsorption-desorption measurements indicated that the composite could be regenerated with almost no decrease in the CO2 adsorption capacity for six cycles. In the second part, the same IL, [BMIM][MeSO4], was incorporated into five different MOFs; NH2-MIL-53(Al), UiO-66, NH2-UiO-66, ZIF-8, and Ni-MOF-74 to understand the effect of IL incorporation on the performance of different families of MOFs. Based on the results obtained, it can be inferred that the effects of [BMIM][MeSO4] incorporation into these MOFs is considerably regulated by the molecular level interactions, which vary depending on the type of IL and MOF. Data showed that even though [BMIM][MeSO4]/MOF composites could not increase the gas adsorption amounts, [BMIM][MeSO4] incorporation into these MOFs could increase the separation performances of the pristine MOFs. The results obtained illustrated that MIL-53(Al) and Ni-MOF-74 offer an excellent platform for the development of new classes of IL/MOF composites with an exceptional performance for CO2 separation among the MOFs considered.
Benzer Tezler
- Gestasyonel diyabetli kadınlarda yaşam kalitesi ve depresyon durumlarının incelenmesi
The examination of life quality and the event of depression in the period of pregnancy of diabetic women
REYHAN AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
HemşirelikHaliç ÜniversitesiHemşirelik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEZİHE KIZILKAYA BEJİ
- Şizofreni hastalarında içgörü ile depresyon ve suisid ilişkisi
The correlation between insight, depression and suicidality in schizophrenic patients
GÖKHAN UMUT
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2010
PsikiyatriSağlık BakanlığıPsikiyatri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NESRİN KARAMUSTAFALIOĞLU
- Deneysel nazal mukozal fleplerde histopatolojik değişikliklerin ve mukosilier aktivitenin değerlendirilmesi
Evaluation of histopathologic changes and mucociliary activity in experimental nasal mucosal flaps.
ALTAY ATEŞPARE
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2003
Kulak Burun ve BoğazKocaeli ÜniversitesiKulak Burun Boğaz Ana Bilim Dalı
PROF. EMRE ÜSTÜNDAĞ
- İnme ve afazi yaşam kalitesi-39 ölçeği: Türkçe'ye uyarlama, geçerlik ve güvenirlik çalışması
Stroke and aphasia quality of life scale- 39: reliability and validity of the Turkish version
AYŞIN NOYAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
NörolojiAnadolu ÜniversitesiDil ve Konuşma Terapistliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BÜLENT TOĞRAM
- Gastrointestinal sistemin postoperatif benign anastomoz darlıklarında endoskopik kesi yönteminin etkinliğinin değerlendirilmesi
Assessing the effectiveness of endoscopic incision methods on the postoperative benign anastomotic strictures at the gastrointestinal tract.
UFUK AVCIOĞLU
Tıpta Yan Dal Uzmanlık
Türkçe
2011
GastroenterolojiSağlık Bakanlığıİç Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERSAN ÖZASLAN