Synthesis of zeolite 4A and zeolite 13X from locally available raw materials by thermal activation methods
Zeolit 4A ve zeolit 13X'in yerel ve doğal kaynaklardan termal aktivasyon yöntemleri ile sentezlenmesi
- Tez No: 723459
- Danışmanlar: PROF. DR. BURCU AKATA KURÇ, PROF. DR. HAYRETTİN YÜCEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Jeoloji Mühendisliği, Kimya Mühendisliği, Geological Engineering, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 210
Özet
Zeolitlerin laboratuvar seviyesi kimyasallar kullanılarak sentezlenmesi, bu özgün parçacıklar için pahalı bir yöntemdir. Linde Tipi A (LTA) zeolitlerinden zeolit 3A, zeolit 4A, zeolit 5A ve Faujasite (FAU) zeolitlerinden zeolit 13X; katalizör, nem tutucu, su yumuşatıcıları gibi bir çok uygulamada kullanılmaları nedeniyle oldukça önemli malzemelerdir. Alternatif sentez yöntemlerinin geliştirilmesi, bahsi geçen ve kendilerine yüksek talep bulunan bu malzemelerin üretim maliyetlerinin düşürülmesi açısından yoğun araştırma konusu olmaktadır. Dolayısıyla, yerli hammaddelerin başlangıç ana maddesi olarak kullanılmasıyla zeolit sentezlenmesi uzun zamandır önemli bir araştırma alanıdır. Bu tezin odak noktası, ülkemizde sıklıkla kullanılan ve tamamı ithal olan zeolitlerin yerli kaynaklar kullanarak üretilmesidir. Yerli doğal kaynakların zeolite dönüştürülmesindeki zorlayıcı kısım, kaynakların içerisinde bulunan quartz benzeri safsızlıklardır. Bu çalışmanın amacı, yüksek saflıkta zeolit 4A ve zeolit 13X'in yerli doğal kaynaklardan olan kaolin ve sodyum feldspat kullanılarak, maliyet efektif bir yaklaşımla, en az ikincil fazları barındıracak şekilde sentezlenmesidir. Bu amaçla, kaolin kaynağı için meta-kaolinizasyon, alkali füzyon ve tek-kap füzyon metotları, sodium feldspat için ise alkali füzyon ve tek-kap füzyon metotları sonrası hidrotermal sentez yöntemi uygulanmıştır. Bu prosesler, yerli hammaddelerin, özellikle dünyadaki en yüksek miktarda rezervi ülkemizde bulunan sodyum feldspat'ın zeolite dönüştürülmesinin yolunu açmıştır. Bu tezin bir başka boyutu ise, sodyum karbonatın, sodyum hidroksite alternatif olarak çevreci bir yaklaşımla kullanılmasıdır. Üçüncü vurgulanacak kısım ise, zeolit 3A ve zeolit 5A'nın, iyon-değişim prosedürü kullanılmadan, doğrudan bu yöntemle ilk kez üretilmesidir. Son olarak, bu çalışmada tüm proses, pilot ölçekte tekrarlanmış, daha yüksek miktarlarda üretim gerçekleştirmiş, ve böylece gerçek endüstriyel uygulamaların spesifikasyonların sağlanması konusunda denemeler gerçekleştirilmiştir. Bu şekilde, yerli malzemeler kullanılarak üretilen zeolitlerin, ticari ürünlerle karşılaştırmaları yapılabilmiştir. Sonuç olarak, yüksek saflıkta, endüstriyel ürünler ile rekabet edebilecek olan zeolitler, ülkemizin yerli kaolin ve sodyum feldspat kaynakları kullanılarak üretilmiştir. Tek-kap füzyon yöntemi, alkali füzyon'a uygun diğer alüminosilikat kaynakları için de kullanılabilir olarak değerlendirilmektedir.
Özet (Çeviri)
Synthesis of zeolites from laboratory-grade chemicals is an expensive way to produce these unique particles. Zeolite 3A, 4A, 5A among Linde Type A (LTA) zeolites, and zeolite 13X among the Faujasite (FAU) type are highly valuable commercial products for various application fields, such as catalysis, water sorption, and detergent industries as water softeners. There is still great interest in finding alternative synthesis routes that will reduce the production cost of these materials in high demand. Due to these facts, using locally available raw materials as starting chemicals for zeolite synthesis has been of significant importance. Accordingly, the main focus of this thesis was using national Turkish local sources to obtain a synthetic material of high demand in Turkey, which is being fully imported from abroad. During zeolite conversion using locally available minerals, the challenge in the process is the impurities existing in the raw materials such as quartz. The aim is to investigate the synthesis of high purity zeolite 4A and zeolite 13X from Turkish raw kaolin and feldspar sources with a cost-effective approach and minimum impurity in the final products. For this purpose, meta-kaolinization, alkali fusion, and one-pot fusion methods for kaolin; alkali fusion and one-pot fusion methods for sodium feldspar were optimized for locally available raw materials, followed by hydrothermal synthesis. These processes opened up the possibility of obtaining zeolitic materials from locally available minerals, particularly sodium feldspar, which Turkey possesses highest amount of reserve in the world. Another aspect of this thesis was to use sodium carbonate as an alkali fusion agent to synthesize desired zeolites as an environmentally friendly alternative to sodium hydroxide. The third highlight of this thesis was to adapt one-pot fusion method to synthesize zeolite 3A and zeolite 5A directly, which eliminates the traditionally used ion-exchange procedures for the first time. Lastly, the whole process was scaled-up, allowing one to produce higher amount of products and thus testing the products in real industrial applications. In this way, the locally produced zeolitic materials were tested in various industrial areas to see whether their quality specifications were met. In conclusion, high purity industrial grade zeolites were successfully synthesized from Turkey's various kaolin and sodium feldspar sources. The one-pot fusion method was found to be adaptable to different alkali fusible aluminosilicate raw materials.
Benzer Tezler
- Preparation of stable zeolite coatings for use in adsorption heat pumps
Adsorpsiyon ısı pompalarında kullanılabilecek stabil zeolit kaplamaların hazırlanması
AYLİN ATAKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELKON TATLIER
- Investigation of fly ash characteristics on zeolite 4A synthesis
Kül karakteristiğinin zeolit 4A sentezi üzerindeki etkisinin incelenmesi
SÜLEYMAN ŞENER AKIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FEYZA KAZANÇ ÖZERİNÇ
PROF. BURCU AKATA KURÇ
- Gliserin tersiyer eterlerinin sentezi ve reaksiyon kinetiğinin incelenmesi
Synthesis of glycerol tertiary ethers and investigation of reaction kinetics
NALAN ÖZBAY
Doktora
Türkçe
2013
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURAY OKTAR
PROF. DR. GÜLŞEN DOĞU
- Effects of using different polymers in post-synthesis treatments of zeolite 4a coatings
Zeolit 4a kaplamalarına uygulanan sentez sonrası işlemde farklı polimerler kullanımının etkileri
ŞAFAK BORA
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELKON TATLIER
- Preparation of zeolite 4A membranes on porous stainless steel substrates
Gözenekli paslanmaz çelik disk destekli zeolit 4A membranlarının hazırlanması
KERİM ÖNER
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. AYŞE ERDEM ŞENATALAR