Design of novel alkali activated materials exhibiting adsorption performance and photocatalytic activity
Adsorpsiyon performansı ve fotokatalitik aktivite gösteren alkali aktif malzemelerin tasarımı
- Tez No: 713186
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEZEN SOYER UZUN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 258
Özet
Alkali aktif malzemeler (AAM) geleneksel çimento bağlayıcılarına çevre-dostu alternatifler olarak bilinen yüksek mekanik performanslı malzemelerdir. AAM'lerin bir alt kategorisi olan jeopolimerler ise aluminosilikat içeriği yüksek malzemelerden sentezlenirler. Bu tezin amacı, AAM ve jeopolimerlerin, metilen mavisi (MB) boyası adsorpsiyonu ve fotokatalitik özelliklerinin anlaşılması; çeşitli karakterizasyon teknikleri kullanılarak yapı-performans ilişkilerinin belirlenmesidir. İlk olarak, endüstriyel bir atık olan kırmızı çamur ve metakaolin kullanılarak sentezlenen jeopolimerlerin kompozisyonlarındaki anataz miktarı değiştirilerek, MB eliminasyonuna yönelik jeopolimerler (RMGP) üretilmiştir. Deneysel sonuçlar, fotokatalitik aktivenin nedeninin yüzey titanyum türleri olduğunu ve ağırlıkça %3.7 anataz içeren RMGP'nin, adsorpsiyon ve fotokataliz mekanizmalarının eş zamanlı etkisinden dolayı saf anataza kıyasla üç kat daha yüksek hız sabitine sahip olduğunu göstermiştir. İkinci olarak, adsorpsiyon literatüründe yeni bir malzeme grubu olarak sepiyolit bazlı bir AAM (Sep-AAM) sentezlenerek bu malzemenin 99.9 mg g-1 gibi yüksek bir MB giderim performansı gösterdiği, adsorpsiyonun endotermik olduğu ve adsorpsiyon esnasındaki temel mekanizmanın kimyasal olduğu ortaya koyulmuştur. Üçüncü bölümde, sepiyolit ve metakaolin kullanılarak farklı porozitelere sahip monolit formda AAM ve jeopolimerler sentezlenmiş, MB adsorpsiyonu ve mekanik dayanım özelliklerinin monolitlerin porozitesi ile modifiye edilebileceği ve üretilen malzemelerin rejenere edilebileceği gösterilmiştir. Tezin son kısmında ise, RMGP örneği, üre-bazlı grafitik karbon nitrür ile bir kompozit sentezinde ilk defa kullanılarak grafitik karbon nitrür katkısının MB adsorpsiyon kapasitesini salt grafitik karbon nitrüre göre yaklaşık 3.5 kat artırdığı gösterilmiş, kimyasal mekanizmaların adsorpsiyonda etkin olduğu belirlenmiştir. Bu tezin bulguları, etkin adsorpsiyon ve fotokatalitik aktivite performasları ile AAM ve jeopolimelerin yenilikçi malzemeler olarak atık su arıtımı gibi uygulamalarda çevre-dostu ve sürdürülebilir alternatifler olabileceğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Alkali activated materials (AAMs) are environmentally friendly alternatives to traditional cement binders with their comparable mechanical properties. Geopolymers are a subcategory of of AAMs and synthesized from aluminosilicate sources. The main motivation of this thesis is to understand the methylene blue (MB) adsorption and photocatalytic activity of AAMs and geopolymers by utilizing diffraction and microscopy techniques to establish an structure-performance relationship. Firstly, an industrial waste red mud together with metakaolin were used as raw materials and anatase amount in the geopolymer paste was varied to obtain a photocatalytically active geopolymer (RMGP) to remove MB dye from wastewaters. Findings implied that surface Ti species were responsible for the photocatalytic MB removal and 3.7 wt% addition of anatase was found to result in a tripled rate constant compared to that of pure anatase, due to synergistic effect of adsorption and photocatalysis processes. Secondly, novel and new Sep-based AAMs (Sep-AAM) as adsorbents for MB removal was introduced. Results showed that Sep-AAM has an enhanced MB adsorption capacity of 99.9 mg g-1, adsorption occurs via chemical adsorption, and is slightly endothermic. MB adsorption performance of monolith-formed Sep-AAMs and metakaolin-based counterparts (MKGP) with varying porosities were studied in the third part of this thesis. Outcomes of this part showed that it is possible to tune the MB adsorption performance and compressive strength by adjusting the porosity levels, and both of these monoliths can be regenerated up to four cycles. In the last part, MB adsorption performance of RMGP from part one was significantly enhanced by incorporating urea-based graphitic carbon nitride. The findings of this thesis demonstrate that AAMs and geopolymers with their economical and environmentally-friendly synthesis procedures offer high mechanical strength, enhanced adsorption and photocatalytic performance towards MB, and sustainable alternatives for wastewater treatment applications.
Benzer Tezler
- Metal organik kafeslerde bütan ve izobütan adsorpsiyonunun incelenmesi
Investigation of butane and isobutane adsorption in metal organic frameworks
PELİN GÖYMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ
- Synthesis of bleach activators for textile industry
Tekstil sektörü için ağartma aktivatörlerinin sentezi
PELİN ALTAY
Doktora
İngilizce
2021
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN ÇİĞDEM GÜRSOY
- Enhancement of dispenser cathode fabrication with pre – design activation simulations and polymer doping
Polimer katkılandırma ve ön aktivasyon tasarımı benzetim çalışmaları ile dispenser katotların üretim süreçlerinin geliştirilmesi
NERGİS YILDIZ ANGIN ATMACA
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ALVEROĞLU DURUCU
- A study on co-free hydrogen production from hydrocarbons and cox elimination through pre-combustion
Hidrokarbonlardan co'dan arındırılmış hidrojen üretimi ve ön yanma yoluyla cox giderimi üzerine bir çalışma
BELKIZ MERVE EROPAK
Doktora
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Functionalization of graphene and stoichiometric graphene derivatives
Grafinin fonksiyonelleştirilmesi ve stokiyometrik grafin türevleri
HASAN ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2011
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. SALİM ÇIRACI