Effect of ions on particle size and morphology in calcium carbonate (CaCO3) crystallization
Kalsiyum karbonat (CaCO3) kristalizasyonunda tanecik boyutu ve morfolojisi üzerine iyonların etkisi
- Tez No: 709270
- Danışmanlar: PROF. DR. EKREM ÖZDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Kimyasal kristalizasyon yöntemiyle üretilen kalsiyum karbonatın (CaCO3) partikül boyutlarının neredeyse her zaman 3 µm'den daha büyük olduğu rapor edilmektedir. Laboratuvarımızda elde etiiğimiz son çalışmalarımız, stabilizatör olarak kalsiyum hidroksit (Ca(OH)2) çözeltisi kullanıldığında nano-CaCO3 taneciklerinin elde edilebileceğini göstermiştir. Bu çalışmada, bir borulu akış reaktöründe (PFR) 9 saniye alıkonma süresi ile sodyum karbonat (Na2CO3) ve kalsiyum klorür (CaCl2) çözeltilerinden CaCO3 kristalize etmek üzere bir deney düzeneği geliştirildi ve elde edilen CaCO3 medyum stabilizör olarak kullanılan çözeltiye doğrudan aktarıldı. PFR boru reaktörde yaklaşık %30 vaterit ve %70 kalsitten oluşan 13 μm'den büyük boyutta CaCO3 partikülleri üretildi. Katyonların ve anyonların partikül boyutu ve morfolojisi üzerindeki etkisi araştırıldı. Katyon içeren stabilizatör solüsyonu olarak hidroksit formu olan sodyum (Na+), potasyum (K+), kalsiyum (Ca++), ve baryum (Ba++) kullanılmıştır. Na+ ve K+ iyonlarının varlığında homojen boyut dağılımında 2 µm'den büyük boyutlarda tamamen kalsit partikülleri üretilmiştir. Nano-kalsit partikülleri Ca++ iyonları içeren solüsyonda üretilmiştir. Ba++ iyonları içeren çözeltide yeni bir kristal form olan Baritokalsit (BaCa(CO3)2) ve beyaz cevher (BaCO3) partikülleri üretilmiştir. Anyon içeren stabilizatör solüsyonu olarak sodyum formu olan sülfat (SO4=), nitrat (NO3-), karbonat (CO3=) ve bifosfat (HPO4=) kullanılmıştır. Vaterit ve kalsit partiküllerinin boyutu ve morfolojisi, SO4=, NO3-, ve CO3= iyonlarının varlığında PFR borulu reaktörde sentezlenen tanecikler ile hemen hemen aynı olup değişmediği görüldü. Stabilizatör çözeltisinde HPO4= iyonu varlığında farklı bir form olan monetit (CaHPO4) ve hidroksiapatit (Ca5(PO4)3OH) tanecikleri sentezlendi. Bu oluşumlar PFR boru şeklindeki reaktörde sentezlenen CaCO3 partiküllerinin stabilizasyon solüsyonları içerisinde çözüldüğünü ve yeniden kristalleştiğini açıkça göstermiştir. Kimyasal yöntem ile nano boyutlarda CaCO3 sentezinin gerçekleştirildiği başarıyla gösterildi ve sürekli nano-CaCO3 üretimi için yeni bir teknik geliştirildi. Literatürde daha önce bildirilmeyen kimyasal yöntemle yaklaşık 350 nm boyutlarda nano-kalsit taneciklerinin üretildiği gösterildi.
Özet (Çeviri)
The particle sizes of calcium carbonate (CaCO3) produced by the chemical crystallization method were reported to be almost always larger than 3 µm. Our recent studies in our lab has shown that the nano-CaCO3 particles can be obtained when calcium hydroxide (Ca(OH)2) solution was used as a stabilizer. In this study, an experimental setup was developed to crystalize CaCO3 from sodium carbonate (Na2CO3) and calcium chloride (CaCl2) solutions in a plug flow reactor (PFR) with a retention time of 9 seconds and added into a stabilizing solution. The CaCO3 particles of about 30% of vaterite and 70% of calcite were produced with a size larger than 13 µm in the PFR tubular reactor. The influence of cations and anions on the particle size and morphology were investigated. The hydroxide form of sodium (Na+), potassium (K+), calcium (Ca++), ve barium (Ba++) were used as the stabilizer solution containing cations. Totally calcite particles at sizes larger than 2 μm were produced with homogenous size distribution in the presence of Na+ and K+ ions. Nano-calcite particles were produced in solution containing Ca++ ions. A new crystalline form, Barytocalcite (BaCa(CO3)2), and whitherite (BaCO3) particles were produced in solution containing Ba++ ions. The sodium form sulfate (SO4=), nitrate (NO3-), carbonate (CO3=) and bisphosphate (HPO4=) were used as the stabilizer solution containing anions. The size and morphology of vaterite and calcite particles were seen almost the same and did not change with the particles synthesized in the PFR tubular reactor in the presence of SO4=, NO3-, and CO3= ions. A different form of particles such as monetite (CaHPO4) and hydroxyapatite (Ca5(PO4)3OH) were synthesized in the presence of HPO4= ion in the stabilizer solution. These formations clearly indicated that the CaCO3 particles synthesized in the PFR tubular reactor were dissolved and recrystallized in the stabilization solutions. It was successfully demonstrated that the synthesis of CaCO3 in nano sizes with the chemical method was achieved and devised a novel technique for the continuous production of nano-CaCO3. It was demonstrated that nano-calcite particles of about 350 nm were produced by the chemical method not previously reported in the literature.
Benzer Tezler
- Püskürtmeli kurutma ve termal bozunma prosesleri ile ZnO esaslı partiküllerin ve kompozit yapıların sentezlenmesi ve karakterizasyonu
Characterization and synthesis of ZnO based particles and composite structures via spray drying and thermal decomposition processes
ŞEYMA DUMAN
Doktora
İngilizce
2016
Seramik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK ÖZKAL
- Investigation of reactive crystallization of gypsum in the presence of additives
Katkı maddeleri varlığında reaksiyon kristalizasyonu ile jips eldesinin incelenmesi
BURCU AVCI TAFLIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Kimya MühendisliğiMarmara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PERVİZ SAYAN
YRD. DOÇ. DR. SİBEL TİTİZ SARGUT
- Propiyonik asit varlığında kalsiyum karbonat kristalizasyonunun incelenmesi
Investigation of calcium carbonate crystalization in the presence of propionic acid
GHASSAN AHMED HUSSEIN HUSSEIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiÇankırı Karatekin ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMED BORA AKIN
- Kinetic, morphological, and compositional characterization of the uptake of aqueous Ba2+, Mn2+ ve Cd2+ ions by calcite and aragonite over a wide range of concentration
Geniş derişim aralığındaki Ba2+, Mn2+ ve Cd2+ iyonlarının kalsit ve aragonit tarafindan tutulmalarının kinetik, morfolojik ve içerik olarak belirlenmesi
ÖZGE TUNUSOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Kimyaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TALAL SHAHWAN
- Synthesis of mesoporous silica particles by controlling the CTABr-pluronic assembly
CTABr-pluronic sisteminin kontrolüyle mezogözenekli silika parçacıklarının sentezlenmesi
ALTUĞ SÜLEYMAN POYRAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER DAĞ