Geri Dön

Zeolite membranes for gas separations synthesis and transport properties

Gaz ayırımı için zeolit membranlar sentezleri ve taşınım özellikleri

  1. Tez No: 82425
  2. Yazar: AHMET TURHAN URAL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ALİ ÇULFAZ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Saf zeolit membran, Zeolit A, Zeolit X, Ön şekillendirme Gaz ayırımı, Pervaporasyon vı, Pure zeolite membrane, Zeolite A, Zeolite X, Preshaped, Gas separation, Pervaporation IV
  7. Yıl: 1999
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 208

Özet

oz GAZ AYIRIMI İÇİN ZEOLİT MEMBRANLAR SENTEZLERİ VE TAŞINIM ÖZELLİKLERİ Ural, Ahmet Turhan Doktora, Kimya Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Ali Çulfaz Mart 1999, 208 sayfa Son yıllarda zeolit membranlar oldukça ilgi çekmişlerdir. Molekül eleme özelliklerinin yanı sıra zeolhler polimerik malzemelere oranla daha yüksek ısılmekaniksel ve kimyasal dayanıklılığa sahiptirler. Bu çalışmada membran olarak kullanılmak amacıyla ön şekillendirilmiş amorf disklerin hidrotermal kristallendirilmeleri ile saf zeolit A ve zeolit X diskler hazırlanmıştır. Kristallendirme sırasında diskler orijinal biçimlerini korumuşlardır. Alüminyum hidroksit, sodyum hidroksit ve sodyum silikat çözeltisinden hazırlanan amorf katı 127-253 MPa basınç akında çapı 2 cm, kalınlığı 1 mm olan diskler biçiminde şekillendirilmiş ve 400-800 °C sıcaklıklarda 1-3 saat süreyle kalsine edilmiştir. Kristallendirme aynı hammaddelerden hazırlanan reaktif karışımlar içerisinde ve 80-90°C sıcaklıkta 24-72 saat arasındaki sürelerde gerçekleştirilmiştir. Yüzey ve gövdenin X ışını kırınım analizleri disklerin hem bütün olarak zeolite dönüştüğünü göstermektedir. Oluşan zeolitin tipi amorf diskin ve reaktif karışımım molar bileşimleri tarafından belirlenmektedir. Tarama elektron mikroskop analizleri amorf diskin süngerimsi bir yapıya sahip olduğunu göstermektedir. Kristallenmenin erken dönemlerinde disk içerisinde zeolit kristallerinden oluşan topaklar belirmektedir. Bu yöntemle hazırlanan disklerin kristallerime sonunda gövdeleri zeolit topaklan ve birçok tek zeolit kristallerinden oluşmaktadır.Berrak reaktif kansımlar içerisinde kristallendirilen disklerin vûzeyinde iç içe geçmiş zeolit kristallerinden yoğun bir tabaka varken, konsantre karışımlar içerisinde kristallendirilen disklerde bövlesi bir tabaka voktur. Berrak kansımlarda disk vûzevinde bir iel tabakası oluşur. Bu tabakanın ve amorf sövdenin zeolite dönüşmesi sonunda diskler asimetrik bir vapıva sahip olurlar. Hem zeolit A hem de zeolit X diskler ardışık kristallenmeye tabi tutulmuşlardır. Amorf diskin, azot geçiş hızı 150 mmol/m2 s dir. Bu disk hidrojen/azot gazlan için seçicilik göstermemektedir. Birinci ve ikinci kristallenmeler sonunda zeolit disklerin azot geçiş hızı sırasıyla 50 ve 34 mmol/m2 s bar'a düşmektedir, üçüncü kristallerime sonunda diskler esas olarak geçirimsizdirler. Ardışık kristallenmeler ile yoğun zeolit tabakada bulunan iğne delikleri giderebilmektedir. Hidrofilik zeolitler kristal içi boşluklarının su ile dolu olmaları nedeniyle geçirimsizdirler. Kristallerdeki suvun çıkarılması için diskler 120-250°C sıcaklıklarda 12-24 saat arasında aktive edilmişlerdir. Aktivasyonu 250°C ta gerçekleştirilen Na-A disklerinde makro çatlaklar oluşmakta ve diskler seçiciliklerini yitirmektedirler. Çatlak oluşumunu engellemek amacıyla zeolit diskler 120-180°C arasında basamaklı aktivasvona tabi tutulmuşlardır. Buna ek olarak Na-A disklerin bir bölümü kalsiyum formuna dönüştürülmüşlerdir. Sodyum-A diskleri 120°C ta geçirimsizdirler. Daha yüksek aktivasvon sıcaklıkları makro çatlakların oluşmasına neden olmaktadır. Zeolit Ca-A ve zeolit X disklerinin N2, H2 ve SFö geçiş hızlan aktivasyon sıcaklığıyla yavaşça artmaktadır. Aktivasyonu 160°C ta gerçekleştirilen Ca-A disklerinin N?, H? ve SF« geçiş hızlan sırasıyla 0.71,1.95 ve 0.42 mmol/m2 s bar'dır. Zeolit X diskler için ise N2 ve SF6 nın geçiş hızlan sırasıyla 24 ve 5.8 mmol/m2 s bar dır. Daha yüksek sıcaklıklarda makro çatlaklar oluşmaktadır. Aktivasvon sırasında zeolit A kristallerinin büzülmeleri veya zeolit X kristallerinin genleşmeleri çatlamaya neden olabileceği gibi makro gözenekli gövde ile yoğun tabakanın ısıl genleşmelerinin farklılığı da çatlamalara neden olabilir. Aktivasyon sırasında çatlak oluşumu zeolit A ve zeolit X disklerin aktivasyon gerektirmeyen, pervaporasyon gibi aynım süreçlerinde daha etkin olabileceğini düşündürmektedir. Zeolit A membran ile izoprpil alkol/su kanşımının oda sıcaklığında ayırımı çalışılmıştır. Besleme ve ürün derişimleri gaz kromatografi ile ölçülmüştür. Membranın ayırım faktörü yaklaşık 1500, toplam su ve alkol akısı ise 0.3 kg/m2 s tir. Bu sonuç zeolit A membranlann pervaporasvonda daha etkin olabileceklerini göstermektedir.

Özet (Çeviri)

ABSTRACT ZEOLITE MEMBRANES FOR GAS SEPARATIONS: SYNTHESIS AND TRANSPORT PROPERTIES Ural, Ahmet Turhan Ph.D., Department of Chemical Engineering Supervisor: Prof. Dr. Ali Çulfaz March 1999, 208 pages Zeolite membranes attracted much interest in the last years. Besides molecular sieving property, zeolites are attractive materials because of their thermal resistance, chemical inertness and mechanical strength. In this study, pure zeolite A and zeolite X disks intended to be used as gas separation membranes were prepared by hydrothermal conversion of preshaped amorphous disks. During conversion disks preserved their initial shapes. Amorphous solid prepared from aluminium hydroxide, sodium hydroxide and sodium silicate solution was shaped as disks of 2 cm diameter and 1 mm thickness under 127-253 MPa and calcined between 400-800°C for 1-3 hours. Crystallizations were carried out between 80-90°C for 24-72 hours in reactive liquids prepared from" same raw materials. Both the surface and the body of the disks showed complete conversion to zeolite A or zeolite X as determined by X-ray diffraction. Type of zeolite phase is determined by the molar composition of amorphous disks and that of the reactive liquids. Amorphous disks have a sponge-like structure as determined by scanning electron microscope. At the beginning of crystallization aggregates of zeolite crystals appeared. As crystallization proceeds both the number and size of these aggregates increased. Body of zeolite disks so formed are composed of zeolite aggregates and numerous single crystals. Zeolite disks crystallized in clear reactive liquids have a dense layer composed of intergrown zeolite crystals. On the other hand disks crystallized in concentrated mixtures do uinot have dense layers. In clear reactive mixtures a dense gel layer forms at the disk surface. Crystallizations of the amorphous body and the dense gel layer yield asymmetric zeolite disks. Both zeolite A and zeolite X disks were subjected to successive crystallizations to eliminate pinholes in the zeolite layer. Amorphous disks exhibited unselective permeation for N2 and H2 with a nitrogen permeance of ISO mmol/m2 s bar. After first and second crystallizations permeances decreased to 50 and 34 mmol/m2 s bar, respectively. Disks became essentially impermeable after third crystallization. As a result of successive crystallizations almost all non-zeolitic pores existing in the dense layer had been eliminated. Zeolite crystals were impermeable due to the water molecules filling the channels. These disks were activated between 120-250°C for 12-24 hours to remove water and make zeolite channels open to gas permeation. After activation at 2S0°C Na-A disks exhibited large and unselective permeances for N2 and H2 due to the formation of macrocracks in the dense layer. Step-wise activation between 120-180°C was applied to reduce crack formation. In addition to that some of Na-A disks were converted to calcium form. Na-A disks were impermeable at 120°C. Higher activation temperature leads to the macrocrack formation. Permeances of N2, H2 and SF6 through zeolite Ca-A and zeolite X increased slightly with activation. Permeances of N2, H2 and SF6 from Ca-A disk activated at 160°C were 0.71, 1.95 and 0.42 mmol/m2 s bar, respectively. For zeolite X disks these values were 24 and 5.8 for N2 and SFö, respectively. At higher temperatures macrocracks occurred. The shrinkage of zeolite A or expansion of zeolite X crystals during activation imposes a mechanical stress that causes the formation of cracks in the zeolite layer. The crack formation during activation step implies that the prepared zeolite disks can be more effective in a process that does not require an activation step such as pervaporation. The water/isopropanol separation using a zeolite A membrane was carried out at room temperature. Feed and product concentrations were determined by gas chromatography. Separation factor was around 1500 while the total flux was 0.3 kg/m2 h. These results show that the prepared zeolite disks can be used much more effectively in pervaporation.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    39730

    Membranlarla gaz ayırma

    Gas separation by membranes

    İSMAİL BÜLBÜL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1994

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    DOÇ.DR. BİRGÜL TANTEKİN ERSOLMAZ

  2. Tez No

    46592

    Zeolit ZSM-S katkılı silikon kauçuk membranlarda N-parafin/i-parafin ayrımı

    Separation of n-paraffin/1 -paraffin mixtures by zeolite ZSM-S filled membranes

    NİSO KALAONRA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1995

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    DOÇ.DR. BİRGÜL ERSOLMAZ TANTEKİN

  3. Tez No

    439602

    Metal organic framework (MOF) based mixed matrix membranes for Co2 separation: Microporous metal imidazolate framework (MMIF) and strontium-based mofs

    Co2 ayırma amaçlı metal organik kafes (MOF) içeren karışık matrisli membranlar: mikrogözenekli metal imidazolat kafes (MMIF) ve stronsiyum esaslı mof yapılar

    MAHDI AHMADI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ

  4. Tez No

    424352

    Metal organik yapılar içeren polimer membranlarının hazırlanması ve gaz ayırma özelliklerinin incelenmesi

    Preparation of polymer membranes containing metal organic frameworks and investigation of gas properties

    AHENK BURCU YUMRU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MEHTAP ŞAFAK BOROĞLU

  5. Tez No

    389338

    Utilization of Titanium-silicalite-1 (TS-1) as inorganic filler in mixed matrix membrane formation for CO2 separation

    CO2 ayırımı için karışık matrisli membranlarda (KMM) inorganik katkı maddesi olarak Titanyum-silikalit-1 (TS-1) kullanımı

    ÖZLEM HAVAL DEMİREL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ

Geri Dön