Metal organik kafes yapılar ve grafen oksit ile karışık matris membranların hazırlanması ve gaz ayırma özellikleri
Preparation and gas separation properties of mixed matrix membranes with metal organic frameworks and graphen oxide
- Tez No: 817119
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SENNUR DENİZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Karışık matris membran, PEBA, Grafen oksit, CuMOF, Mixed matrix membrane, PEBA, Graphene oxide, CuMOF
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 142
Özet
Küresel iklim değişikliğinin giderek daha fazla hissedilmesi ve uluslararası gündemin ön sıralarına yerleşmesi, yeni enerji kaynakları ve teknolojileri arayışlarına yol açmıştır. Hidrojen (H2) birçok avantajı ile geleceğin enerji taşıyıcısı olarak görülürken membran gaz ayırma teknolojileri, düşük enerji tüketimi, yüksek enerji verimliliği, düşük sermaye maliyeti ve ölçeklenebilirliği nedeniyle dikkatleri üzerine çekmiştir. Ancak mevcut çalışmalar, membran gaz ayırma proseslerinin diğer ayırma teknolojileriyle rekabet edebilmesi için yeni membranların geliştirilmesi ve ayırma performanslarının iyileştirilmesi gerektiğini göstermiştir. Alternatif bir yaklaşım olan karışık matris membranlar (KMM'ler), hem inorganik hem de polimer membranların avantajlarını birleştirmektedir. Farklı organik bağlayıcılar ve metal iyonlarının kombinasyonları ile sentezlenen çeşitli metal organik kafes yapıların (MOF) seçilen bir polimer matrise dağıtılmasıyla hazırlanabilen KMM'ler, gaz ayırma için umut verici uygulamaları olarak görülmektedir.Bu tez çalışmasında, H2 ayırma işlemleri için uygun KMM'ler hazırlamak amacıyla poli(eter-b-amid) (PEBA) ve poliimid (PI, Matrimid® 5218) polimerleri ile çalışılmıştır. Çözelti-döküm yöntemiyle hazırlanan membranlara nano dolgu malzemeleri olarak grafen oksit (GO) ile termal olarak indirgenmiş grafen oksit (rGO) ağırlıkça %0-0,3 ve sentezi gerçekleştirilen bakır esaslı (CuMOF) nano kristalleri, CuMOF@GO ve CuMOF@rGO hibrit nano kristalleri ağırlıkça %0-15 olarak saf polimer matrislerine ilave edilmiştir. Membranların gaz geçirgenlikleri; hidrojen (H2), azot (N2), karbondioksit (CO2) ve metan (CH4) saf gazları için 35 °C'de ve 3 bar besleme basıncında ölçülmüştür ve seçicilikleri hesaplanmıştır. Nano dolguların, karışık matrisli membranların gaz geçirgenlikleri ve morfolojilerine etkileri araştırılmıştır. Karakterizasyonu için SEM, FTIR, XRD ve BET analizleri ile yapılmıştır. Hazırlanan KMM'ler saf polimer matrisleri ile kıyaslandığında; PEBA/GO-0.3, H2/N2 ve CO2/N2seçiciliklerini %63 ve H2/CH4 ve CO2/CH4 seçiciliklerini %43 arttırken PI/rGO-0.3 CO2/CH4 gaz seçiciliğini %84 arttırmıştır. PI/CuMOF-10 H2/CH4 ideal seçiciliği %72 ve CO2/CH4 ideal seçiciliği %83 artmıştıri PEBA/CuMOF@rGO-15 ise H2 geçirgenliğini %19 arttırırken, H2/CH4 gaz seçiciliği %60 artmıştır. GO esaslı nano dolgu maddeleri H2 gaz ayrımı için umut verici bir potansiyel göstermiştir.
Özet (Çeviri)
The fact that global climate change is increasingly being felt and is at the forefront of the international agenda has led to the search for new energy sources and technologies. While hydrogen (H2) is seen as the energy carrier of the future with its many advantages, membrane gas separation technologies have attracted attention due to their low energy consumption, high energy efficiency, low capital cost and scalability. However, existing studies have shown that in order for membrane gas separation processes to compete with other separation technologies, new membranes must be developed and their separation performances must be improved. Mixed matrix membranes (MMMs), an alternative approach, combine the advantages of both inorganic and polymer membranes. KMMs, which can be prepared by dispersing various metal organic lattice structures (MOFs) synthesised with different combinations of organic binders and metal ions into a selected polymer matrix, are seen as promising applications for gas separation. In this thesis, poly(ether-b-amide) (PEBA) and polyimide (PI, Matrimid® 5218) polymers were studied to prepare suitable MMMs for H2 separation processes. Graphene oxide (GO) and thermally reduced graphene oxide (rGO) were added to the pure polymer matrices as 0-0.3 wt% and synthesised copper-based (CuMOF) nanocrystals, CuMOF@GO and CuMOF@rGO hybrid nanocrystals were added to the membranes prepared by solution-casting method as 0-15 wt%. The gas permeabilities of the membranes were measured for hydrogen (H2), nitrogen (N2), carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) pure gases at 35 °C and 3 bar feed pressure and their selectivities were calculated. The effects of nanofillers on gas permeability and morphology of mixed matrix membranes were investigated. SEM, FTIR, XRD and BET analyses were performed for characterisation. Compared to pure polymer matrices, PEBA/GO-0.3 increased H2/N2 and CO2/N2 selectivities by 63% and H2/CH4 and CO2/CH4 selectivities by 43%, while PI/rGO-0.3 increased CO2/CH4 gas selectivity by 84%. PI/CuMOF-10% increased H2/CH4 ideal selectivity by 72% and CO2/CH4 ideal selectivity by 83%, while PEBA/CuMOF@rGO-15 increased H2 permeability by 19% and H2/CH4 gas selectivity by 60%. GO-based nanofillers showed a promising potential for H2 gas separation.
Benzer Tezler
- Metal-organic framework/graphene oxide derived porous carbons for platinum based electrocatalysts for oxygen reduction reaction
Metal-organik kafes/grafen oksit türevli gözenekli karbonların platin bazlı oksijen indirgenme reaksiyonu elektrokatalizörlerinde kullanımı
EMRE BURAK BOZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilim ve TeknolojiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
- Antibakteriyel sentetik ve doğal elyafların hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of antibacterial synthetic and natural fibers
BETÜL YENİDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENNUR DENİZ
- Biyobozunur polimerlerden ambalaj filmlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of packaging film from biodegradable polymers
ÖZNUR YOLAÇAN
Doktora
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENNUR DENİZ
- Grafen nano parçacıklarla katkılanmış farklı erime sıcaklıklarına sahip faz değişken malzeme kompozitlerin termal özelliklerinin belirlenmesi
Determination thermal properties of grafen based nanomaterials doped phase changeable materials which have different melting temperatures
EYUP ERDİŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
EnerjiCumhuriyet ÜniversitesiEnerji Bilimleri ve Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÜMİT NAZLI TEMEL
- Metal organik kafes yapılar (MOF) ve zeolitik imidazol kafes yapılar (ZIF) içeren polimer nanokompozit membranların gaz ayırma özellikleri
Gas separation properties of polymer nanocomposite membranes containing metal organic framework (MOF) and zeolitic imidazolate framework (ZIF)
ÇİĞDEM GÖKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SENNUR DENİZ