Production of elemental boron by electrolysis and investigation of electrochemical behavior of boron in ionic liquid
Elektroliz ile elemental bor üretimi ve borun iyonik sıvı içerisinde elektrokimyasal davranışının incelenmesi
- Tez No: 700694
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MÜKERREM ŞAHİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Bor, periyodik tablodaki 3A grubunun bir elementidir ve konumu itibariyle kendine özgü eşsiz kimyasal özelliklere sahiptir. Bor, doğada hiçbir zaman serbest bir elemental form olarak var olmayan metaloid bir kimyasal elementtir. Bununla birlikte, elemental bor tozu (B) elde etmenin birçok yolu vardır. Bu tez iki kısma ayrılmıştır. İlk bölümde, bor tuzlarının homojenizasyon süresini azaltan bir grafit potada dönen yıldız katot elektrotu ile donatılmış büyük ölçekli ve düşük sıcaklıkta amorf yapıda elemental bor tozları üretimi için yeni bir elektroliz eriyik reaktörü tasarımı bildirilmiştir. Elektrokimyasal yöntemle bor biriktirme sistemi, ticari üretime uygun olarak farklı yüzde aralıklarında çeşitli tuzların farklı bir kombinasyonu için 25 kg kapasiteye kadar yüksek saflıkta B üretmek üzere tasarlanmıştır. Sistemin yeniliklerinden biri olan yıldız tipi demir katot, hareket aktarma mili sayesinde çift yönlü döndürülerek istenildiğinde yukarı aşağı konumlandırılmaktadır. Bu yıldız katot sayesinde molten tuzlarının erime süresi azaltılmak amaçlanmıştır. Elektroliz reaktörün tasarımından sonra, amorf elemental bor belirli oranlarda KCl, KBF4 ve B2O3 tuz karışımları kullanarak üretmiştir. En yüksek saflıkta B'nun morfolojisi ve kimyasal bileşimi, XRD, SEM, EDS ve FTIR analizi kullanılarak karakterize edilmiştir. İkinci kısım da ise bor katyon bazlı iyonik bir sıvı üretilmiş olup, 1H ve 13C NMR spektroskopi analizi ile tam olarak karakterize edilmiştir. Oda sıcaklığında bor bazlı iyonik bir sıvıdan B'nun elektrokimyasal indirgenmesini daha da araştırdık ve elektroedüksiyon işleminin kinetik parametrelerini değerlendirdik. Bor bazlı iyonik sıvının platin ve demir elektrotlar üzerindeki elektrokimyasal davranışı, döngüsel voltametri (CV) ve doğrusal süpürme voltametrisi (LSV) ile incelendiğinde borun indirgenebileceği görülmüştür. Sonuç olarak B elektrodepozisyon sürecine ilişkin bu yeni bulgu, bizi oda sıcaklığındaki borun indirgenmesine önemli bir adım daha yaklaştırmış, böylece yüksek sıcaklıkta erimiş tuz elektrolizine orijinal bir alternatif sağlayan sürdürülebilir bir yaklaşım sağlamıştır.
Özet (Çeviri)
Boron is a metalloid chemical element that never exists as a free elemental form in nature. However, there are many ways to the production of elemental boron (B). This thesis is divided into two parts: In the first part, a new electrolysis melt reactor design for large-scale and low-temperature production amorphous elemental boron powders equipped with a rotating star cathode electrode in a graphite crucible, which reduces the homogenization time of boron salts, is reported. The electrochemical deposition system has been designed to produce high-purity amorphous elemental boron up to 25 kg capacity for a different combination of various salts in different percentage ranges in accordance with commercial production. One of the innovations of the system, the star-type iron cathode is rotated bidirectionally and positioned up and down when desired. After the design of the melted reactor, amorphous elemental boron powders has produced using certain proportions of B2O3-KCl-KBF4. The morphology and chemical composition of the highest purity B has characterized using XRD, SEM, EDS, and FTIR analysis. In the second part, a boron based ionic liquid was produced and fully characterized by 1H and 13C NMR spectroscopy analysis. We further investigated the electrochemical reduction behavior B in boron-based ionic liquid at room temperature and evaluated the kinetic parameters of the electroreduction process. When the electrochemical behavior of boron based ionic liquid on platinum and iron electrodes was examined by cyclic voltammetry (CV) and linear sweep voltammetry (LSV), it was observed that boron could be reduced. Ultimately, this new insight into the B electrodeposition process brings us one important step closer to the reduction of boron at room temperature, thus providing a sustainable approach that provides an original alternative to high-temperature molten salt electrolysis.
Benzer Tezler
- Elektrokimyasal yöntemle titanyum ve titanyum alaşımlarının borlanması ve karakterizasyonu
Electrochemical boronizing and characterization of titanium and titanium alloys
AYŞE AYPAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÜRGEN
PROF. DR. İ. SERVET TİMUR
- Türk kolemanitlerinin termal elektrolizi ile kalsiyum hekzaborür eldesi
Electrochemical production of calcium boride from Turkish colemanite
A.BAHATTİN SOYDAN
- Ergimiş tuz elektrolizi ile metal oksit/sülfürden başlanarak metal ve metal borür sentezi
Synthesis of metal and metal boride starting from metal oxide / sulfide by molten salt electrolysis
MEHMET BARIŞ DARYAL
Doktora
Türkçe
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLDEM KARTAL ŞİRELİ
- Bor oksitten elementel bor tozu üretim parametrelerinin araştırılması
Investigation of production parameters of elemental boron from boron oxide
BAHADIR GÜNEY
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM USLAN
- Kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi yöntemi ile B4C üretiminde katalizörlerin etkilerinin araştırılması
The investigation of effects of catalysts on the production of B4C via self propagating high temperature synthesis
HASAN ÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONURALP YÜCEL