Geri Dön

Composites of porous materials with ionic liquids: Synthesis, characterization, and selective gas sorption applications

Porlu materyallerin iyonik sıvılarla kompozitleri: Sentez, karakterizasyon ve seçici gaz ayırma uygulamaları

PDF İndir

  1. Tez No: 771350
  2. Yazar: ÖZCE DURAK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ALPER UZUN, PROF. DR. SEDA KESKİN AVCI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 241

Özet

İyonik sıvıların (İS'ler) gözenekli malzemelerle birleştirilmesiyle hazırlanan hibrit kompozitler, ayarlanabilir fizikokimyasal özellikleri nedeniyle son birkaç yılda giderek daha önemli bir araştırma alanı haline geldi. Bu tür İS/gözenekli malzemelerin sentezine ilişkin yayınların sayısındaki sürekli büyüme ve bunların birçok farklı uygulamada, özellikle gaz adsorpsiyon ve ayırma uygulamalarında, gösterdikleri olağanüstü performans bu alanın öneminin bir kanıtıdır. İS'lerin ve gözenekli malzemelerin birleşik avantajları, hibrit kompozitlerin gaz sorpsiyonunda ve seçici ayırmada üstün performans göstermeleri yönünde büyük bir potansiyel sağlar. Bu tezde, metal-organik çerçeveler (MOF'lar) ve karbonlu malzemeler olmak üzere iki farklı gözenekli malzeme türü ele alınarak, İS/gözenekli malzeme kompozitlerinin bir araştırma alanı olarak evrimine katkıda bulunmak amaçlanmıştır. Yeni İS/gözenekli malzeme kompozitlerinin tasarımı hakkında önemli bilgiler sağlamak ve yüksek gaz ayırma performanslı en umut verici hibrit malzemeleri belirlemek için İS ile modifiye edilmiş gözenekli malzemelerin sentez yöntemleri, karakterizasyon teknikleri ve seçici gaz ayırma performansları hakkında derinlemesine analizler yapıldı. Bu doğrultuda, IS'in dahil edilmesi üzerine MOF'un fizikokimyasal yapısında ortaya çıkan değişiklikleri aydınlatmak için İS/MOF kompozitlerinin kimyasal ve termal stabilitelerini kontrol eden yapısal faktörler incelendi. Sonuçlar, ligandla işlevselleştirilmiş MOF'a sahip kompozitin, işlevselleştirilmemiş muadili içerenlere kıyasla termal stabilite limitlerinde daha düşük bir azalma derecesi sergilediğini gösterdi. Daha sonra, aynı İS'in üç farklı Zr-MOF'un yapısına dahil edilerek MOF yapısındaki sistematik değişikliklerin etkisi daha fazla araştırıldı ve MOF seçiminin ortaya çıkan moleküler afinite ve seçici gaz ayrımı performansı üzerindeki önemi vurgulandı. Yüzeyde bulunan İS tabakasının varlığında elde edilen üstün performanstan ilham alarak, yüksek O2 ayırma performanslı çekirdek-kabuk tipi bir İS/MOF kompoziti geliştirildi ve bu kompozit tasarımında entegre bir hesaplamalı-deneysel hiyerarşik yaklaşım kullanıldı. Daha sonra, İS/gözenekli malzeme araştırma alanının kapsamını genişletmek adına uygun maliyetli ve kimyasal olarak sağlam bir aktif karbon gözenekli malzemesi yüksek CO2 ayırma performansı için İS ile modifiye edildi. Sentez yöntemleri, karakterizasyon teknikleri ve gaz sorpsiyon uygulamalarındaki temel zorluklar ve fırsatlar, dönem için bir yol haritası oluşturmak amacıyla ayrıntılı olarak tartışıldı. Bu tezde ele alınan alandaki son gelişmeler, İS/gözenekli yapı hibrit malzemelerinin tasarımı, geliştirilmesi ve geleneksel malzemeler yerine kullanılması hakkında daha derinlemesine bir anlayış sağlayacaktır.

Özet (Çeviri)

Hybrid composites prepared by combining ionic liquids (ILs) with porous materials have become an increasingly important research field over the last few years owing to their tunable physicochemical properties. The enormous and continuous growth in the number of publications on the synthesis of such IL/porous materials and their exceptional performances in many different applications, mainly in gas adsorption and separation applications, is a proof of importance of this field. Combined advantages of ILs and porous materials provide great potentials in gas sorption and separation owing to the superior performance measures of the hybrid composites. In this thesis, it was aimed to provide a contribute to the evolution of IL/porous material composites as a research field by considering two different types of porous materials, including metal-organic frameworks (MOFs) and carbonaceous-materials. Accordingly, in depth analyses on the synthesis methods, characterization techniques, and selective gas separation performance of IL-modified porous materials were conducted to provide important insights into the design of novel IL/porous material composites and to identify the most promising hybrid materials for gas adsorption and separation applications. Examination of the structural factors controlling the chemical and thermal stabilities of novel IL/MOF composites was made to elucidate the resulting changes in the physicochemical structure of pristine MOF upon the incorporation of IL. Results illustrated that the composite with the ligand-functionalized MOF exhibited a lower degree of decrease in the thermal stability limits compared to the those containing non-functionalized counterpart. Then, systematic changes in the structure of MOF were further investigated by incorporating the same IL, into the cages of three different Zr-MOFs and extraordinary performance improvements in the selective gas separation were achieved emphasizing the significance of MOF selection on the resulting molecular affinity. Motivated by the superior performance obtained through the presence of a surface IL layer, a core-shell type IL/MOF composite was designed by an integrated computational-experimental hierarchical approach for improved air separation application. Later on, an activated carbon (AC) was modified with IL to extend the scope of the field by utilizing a cost-effective and chemically robust porous material for enhanced CO2 separation performance. The main challenges and opportunities in synthesis methods, characterization techniques, and gas sorption applications of IL/porous materials were discussed in detail to create a road map for the era. Recent advances of the field addressed in this thesis will provide a more in-depth insight into the design and development of these novel hybrid materials and their replacement with conventional materials.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    593231

    Experimental investigation of ionic liquid−incorporated MIL-53(Al) composites for environmental applications: gas separation and water purification

    İyonik sıvı katkılı MIL-53(Al) kompozitlerinin çevresel uygulamalar için deneysel Olarak İncelenmesi: Gaz ayırma ve su arıtma

    SAFİYYE KAVAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    EnerjiKoç Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALPER UZUN

    PROF. DR. SEDA KESKİN AVCI

  2. Tez No

    795342

    Investigating the effect of reduction temperature and ionic liquid deposition on gas separation performance of ionic liquid/reduced graphene aerogel composites

    Başlık çevirisi yok

    HATİCE PELİN ÇAĞLAYAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Kimya MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER UZUN

    PROF. DR. SEDA KESKİN AVCI

  3. Tez No

    844163

    Computational investigation of battery materials using density functional theory

    Yoğunluk fonksiyonel teorisi kullanılarak pil malzemelerinin hesaplamalı incelenmesi

    DOAA AASEF AHMED AHMED

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    EnerjiSakarya Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TUĞRUL ÇETİNKAYA

  4. Tez No

    879970

    Combining molecular simulations and machine learning to unlock gas separation performances of MOFs and MOF-based composites

    MOFlarin ve MOF temelli kompozitlerin gaz ayırma performanslarının açığa çıkarılmasi amacıyla moleküler simülasyon ve makine öğrenmesinin birleştirilmesi

    HİLAL DAĞLAR HARMAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Kimya MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEDA KESKİN AVCI

  5. Tez No

    473059

    Tuning gas adsorption and separation performances of ZIF-8 by [BMIM][PF6] incorporation

    ZIF-8'in gaz tutma ve yakalama performansının [BMIM][PF6] katkısı ile değiştirilmesi

    FATMA PELİN KINIK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Kimya MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI

    YRD. DOÇ. DR. ALPER UZUN

Geri Dön