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
- Assessing the potential of Anatolia as a climate refugium
Anadolu'nun bir iklim sığınağı olma potansiyelinindeğerlendirilmesi
SONGÜL SÖNMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Biyolojiİstanbul Teknik Üniversitesiİklim ve Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRAH ÇORAMAN
- Assessing the potential of rainwater harvesting system at the Middle East Technical University – Northern Cyprus Campus
Orta Doğu Teknik Üniversitesi - Kuzey Kıbrıs Kampüsü'nde yağmursuyu toplama sistemi potansiyelinin incelenmesi
RAYAAN HARB
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiSürdürülebilir Çevre ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. BERTUĞ AKINTUĞ
- Şanlıurfa'da turizmin geliştirilmesi bakımından doğa turizmi potansiyelinin değerlendirilmesi
Assessing the potential of ecotourism for the development of tourism in Şanlıurfa
MUSTAFA AKGÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
TurizmSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiTurizm İşletmeciliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LÜTFİ MUSTAFA ŞEN
- Sürdürülebilir yerel kalkınmada Cittaslow hareketi: Ürgüp ilçesi potansiyelinin değerlendirilmesi
The Cittaslow movement in sustainable local development: Assessing the potential of Ürgüp district
SEDAT ÇAVUŞOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
TurizmNevşehir Hacı Bektaş Veli ÜniversitesiTurizm Rehberliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM YILMAZ
- Azerbaycan sağlık turizmi potansiyelinin değerlendirilmesine yönelik öneriler
Recommendations for assessing the health tourism potential of Azerbaijan
PARVIN GULUZADA
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
TurizmKastamonu ÜniversitesiTurizm İşletmeciliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KUTAY OKTAY