Investigation of the effects of synthesis parameters and formation kinetics on the structure, mechanical performance and methylene blue adsorption of alkali activated magnesium silicates
Sentez koşullarının ve oluşum kinetiğinin magnezyum silikat bazlı alkali aktif malzemelerin yapısı, mekanik özellikleri ve metilen mavisi adsorplama özellikleri üzerine etkisi
- Tez No: 832236
- Danışmanlar: PROF. DR. SEZEN SOYER UZUN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: 151
Özet
Alkali aktif malzemeler (AAM), yüksek mekanik performanslarıyla Portland çimentoya alternatif olabilecek çevre-dostu malzemelerdir. Bu tezin amacı, magnezyum silikat içerikli AAM'ler için sentez koşullarının ve oluşum kinetiğinin yapı, mekanik dayanım ve metilen mavisi (MB) adsorplama özellikleri üzerine etkilerinin araştırılmasıdır. Bu amaçla ilk olarak, istatistiksel bir deney tasarımı kullanılarak sentez koşullarının sepiyolit bazlı AAM'lerin (SAAM) basma kuvveti üzerine etkileri incelenmiştir. Ham maddeler ve sentezlenen malzemeler, X-ışını floresans (XRF) spektroskopisi, X-ışını kırınım (XRD), termogravimetrik analiz (TGA) ve X-ışını fotoelektron spektroskopi yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Azaltılmış tam yansıma Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (ATR-FTIR) verisi değişik reaksiyon sürelerinde toplanarak jeopolimerleşme kinetiği ve basma kuvveti arasındaki ilişkinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Artan sepiyolit ön işlem sıcaklığının basma kuvvetini düşürdüğü, diğer taraftan artan molar Si/Mg oranının basma kuvveti üzerinde positif bir etkisi olduğu tespit edilmiştir. Jeopolimerleşme kinetiğinin sayısal verilere dökülmasi amacıyla, toplanan FTIR verilerinde temel bant pozisyounun zamana bağlı değişiminin üstel bir fonksiyona oturtulmuştur. Yapılan analiz, erken evre jeopolimerleşmenin (süre < 4 sa) basma kuvveti üzerindeki etkisinin oldukça yüksek olduğunu göstermiştir. En yüksek MB adsorplama kapasitesi Na/Mg oranının 1.3, sepiyolit ön işlem sıcaklığının 750 °C ve Si/Mg oranının 2.5 olduğu durumda elde edilmiştir. Varyans analizi (ANOVA) sonucunda korelasyon katsayısı (R2) 0.865 olarak belirlenmiştir. Model kullanılarak optimum sentez koşulları Na/Mg oranı için 1.3, ön işlem sıcaklığı için 697 °C ve Si/Mg oranı için 2.4 olarak tespit edilmiştir. Tez sonucunda SAAM'ların yapı ve atıksu arıtım endüstrilerinde ekonomik ve sürdürülebilir alternatifler olabilecekleri belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Alkali activated materials (AAM), commonly referred as geopolymers, are environmentally friendly alternatives to Portland cement with their remarkable mechanical strength. In this thesis, the main motivation is to investigate the effects of synthesis parameters and formation kinetics on the structure, mechanical performance, and methylene blue (MB) adsorption properties of alkali activated magnesium silicates. The raw materials and the SAAMs are characterized by combining X-ray fluorescence (XRF) spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Attenuated total reflectance Fourier-transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopic data is collected at different reaction times to shed light on the relation between the geopolymerization kinetics and the compressive strength. The results indicated that increasing pretreatment temperature has a negative impact, while increasing Si/Mg ratio has a positive impact on the compressive strength. The kinetics of geopolymerization is quantified by fitting exponential functions to the position of the main FTIR peak over time. The analysis demonstrated that early geopolymerization (time scales < 4 h) is a big contributor to the compressive strength. The highest MB removal capacity was obtained as 110.42 mg/g with a molar Na/Mg ratio of 1.3, a sepiolite treatment temperature of 750 °C and a molar Si/Mg ratio of 2.5. The ANOVA analysis showed a correlation coefficient (R2) of 0.865 and lack of fit was found to be non-significant. From the model, the optimum values of molar Na/Mg ratio, temperature and molar Si/Mg ratio are found to be 1.3, 697 °C and 2.4, respectively. The findings of this thesis demonstrate that SAAMs can be economical and sustainable alternatives for construction and wastewater treatment applications with their remarkable mechanical strength and enhanced adsorption performance.
Benzer Tezler
- Kinetic studies on polyurethane formation reactions with infrared and raman spectroscopy: effect of reaction solvent and reaction conditions on prepolymer formation
Infrared ve raman spektroskopisi kullanılarak poliüretan sentezi üzerine kinetik çalışmalar: organik çözücünün ve reaksiyon koşullarının prepolimer reaksiyonları üzerindeki etkisi
ARMEN YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSKENDER YILGÖR
- Klorofosforik dianilid'in sentezi ve hidroliz kinetiği ile ilgili parametrelerin incelenmesi
The Synthesis of chlorophosphoric dianilid and the investigation of parameters concerning its hydrolysis kinetics
AYŞE ERÇAĞ
- 2-(Dietilamino)etil akrilat'ın hidrojellerinin sentezi, karakterizasyonu ve katalitik özelliklerinin araştırılması
Synthesis, characterization and investigation of catalytic properties of hydrogels of 2(Diethylamino)ethyl acrylate
YASİN ESEN
- Piezoelektrik seramiklerde elektrik ve manyetik alan etkisiyle tane yönlenmesi ve doku oluşumunun incelenmesi
The investigation of grain orientation and texture formation by the effect of electric and magnetic field in piezoelectric ceramics
MUSTAFA YUNUS KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Metalurji MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDAT ALKOY
- Karışık diorganokuprat ve triorganoçinkat bileşiklerinin alkil eşleşmesinde grup seçiciliğinin kinetik yöntem ile aydınlatılması ve karışık triorganoçinkatların C-C eşleşmesi reaksiyonlarının sentetik araştırılması
The kinetic investigation of group selectivity in alkyl coupling of the mixed diorganocuprates and triorganozincates and sentetic investigation of C-C coupling of mixed triorganozincates
DUYGU ÖZKAN