Facile synthesis of graphite- and graphene-based hybrid additives by silanization and effects of these additives on the thermal conductivity of cementitious grouts used in shallow geothermal systems
Grafit ve grafen esaslı hibrit katkı maddelerinin silanizasyon yoluyla sentezi ve bu katkı maddelerinin Sığ Jeotermal sistemlerde kullanılan çimentolu harçların ısıl iletkenliği üzerindeki etkileri
- Tez No: 658423
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BURCU SANER OKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya, Mühendislik Bilimleri, Energy, Chemistry, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Sondaj deliklerinin ve boruların etrafında saran dolgu malzemesini, sığ jeotermal sistemlerin verimliliğinin artırılması için önemli bir olgu olarak kabul edilmiştir. Özellikle, sondaj deliği ve yer arasında ki geçişte ısının sıcaklık farkı olmaksızın korunması, yüksek ısı iletkenliğine sahip harç bileşiminin formüle edilmesi ile sağlanmaktadır. Bu tezin asıl amacı, hibrit silika-karbon katkı maddeleri geliştirerek harcın ısıl iletkenliğini artırmak ve böylece ısı iletiminin etkinliğini artırmak ve işlem görmüş hibrit katkı maddelerinin harç karışımında birikmesini/ çökmesini önlemektir. Atık lastikten üretilmiş grafen, genişletilmiş grafit ve pirinç kabuğu külü olmak üzere üç ana malzeme, silan bağlama maddeleri kullanılarak ve harç kompozitlerinde silika parçacıklarıyla kimyasal köprüler inşa edilerek hibritlendi. Bu işlevselleştirme, karbon malzemelerin dağılımını ve çözünürlüğünü arttırmak ve su talebi ile ısıl iletkenlik arasında yakın bir ilişki olduğundan, harç karıştırma sırasında su alımını ayarlamak için sağlanmıştır. Harç karışımlarının formülasyon geliştirme ile ilgili optimizasyon çalışmasına göre, grafen bazlı hibrit katkı maddesi miktarı ağırlıkça% 3'ten% 5'e yükseldikçe, su alımı 660'dan 725 g'a çıkarak ısıl iletkenliğin% 20.6 oranında azalmasına neden oldu. Ayrıca, 2,373 W/mK termal iletkenliğe sahip referans harca kıyasla 2,656 W / mK ile en yüksek ısıl iletkenlik, ağırlıkça % 5 genişletilmiş grafit bazlı hibrit katkı maddesi eklenerek elde edilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma, jeotermal ısı değişim kuyularının derzlerinde kullanılmak üzere saf ve geri dönüştürülmüş kaynaklardan üretilen hibrit katkı maddelerinin dikkat çekici potansiyelini göstermektedir. Sürekli artan enerji talebi ve küresel kirlilik ile yenilenebilir enerji kaynakları ön plana çıktığı için bu araştırma daha fark edilebilir olacaktır.
Özet (Çeviri)
The thermal conductivity of grout backfilling boreholes and pipes has been considered as an important issue for the improvement of the efficiency of shallow geothermal systems. Especially preserving the heat through the boreholes in the ground without temperature difference is achieved by formulating grout composition having high thermal conductivity. In this thesis, the main objective is to develop hybrid silica-carbon additives to enhance the thermal conductivity of the grout and thus increase the effectiveness of the heat transmission and prevent the aggregation of treated hybrid additives in grout mixture. Three main materials, graphene from waste tire, expanded graphite and rice husk ash, were hybridized by using silane coupling agents and building chemical bridges with silica particles in grout composites. This functionalization provided to enhance the dispersion and solubility of carbon materials and adjust their water uptake during grout mixing since there is a close relation between water demand and thermal conductivity. According to optimization study on the formulation development of grout mixtures, as the amount of graphene-based hybrid additive increased from 3 to 5 wt%, water uptake increased from 660 to 725 g resulting in the reduction of thermal conductivity by 20.6%. Furthermore, the highest thermal conductivity of 2.656 W/mK was achieved by adding 5 wt% expanded graphite-based hybrid additive compared to reference grout having thermal conductivity of 2.373 W/mK. Consequently, this study shows noticeable potential of hybrid additives produced from virgin and recycled sources to be used in the grouts of geothermal heat-exchange boreholes. This research will be more discernible since renewable energy sources come into prominence by ever-increasing energy-demand and global pollution.
Benzer Tezler
- Grafen sentezi ve elektrot malzemesi olarak geliştirilmesi
Graphene synthesis and its development as electrode materials
UTKAN ŞAHİNTÜRK
Doktora
Türkçe
2016
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET EKERİM
- Kalay-karbon esaslı grafen takviyeli serbest anot elektrotların sentezi ve lityum iyon pil uygulamaları
The synthesis of tin and carbon based, graphene rainforced free anode electrodes and applicability of lithium-ion batteries
MUSTAFA GÜZELER
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
EnerjiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER
- Ultrasound-assisted exfoliation of graphene from graphite and its applications in polyurethane nanocomposites
Ultrason yardımıyla grafitten grafen eksfoliasyonu ve poliüretan nanokompozit olarak uygulamaları
EREN KURŞUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
KimyaGebze Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞÖLEN KINAYYİĞİT GARANLI
- Development and synthesis of silicon-based nanomaterials for lithium-ion battery anodes
Silisyum bazlı nanomalzemelerin lityum-iyon pil anotları için geliştirilmesi ve sentezi
MEHMET NEVZAT DUMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KADRİ AYDINOL
- Lityum iyon batarya uygulamaları için polipirol esaslı anot bağlayıcılar
PPY based anode binder for lithium ion battery application
IŞIK İPEK AVCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELKIZ USTAMEHMETOĞLU