Synthesis of fau and cha zeolites from class c fly ash
C sınıfı uçucu külden fau ve cha zeolitlerinin sentezi
- Tez No: 839024
- Danışmanlar: PROF. DR. BURCU AKATA KURÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: 121
Özet
Uçucu kül, termik santrallerde kömürün yanması sonucu oluşan bir yan üründür ve silika (SiO2), alümina (Al2O3), hematit (Fe2O3) ve kireç (CaO) gibi çeşitli oksitler açısından zengin ince, toz halindeki parçacıklardan oluşur. Yaygın kömür kullanımı, önemli miktarda kül ortaya çıkarmakta ve çevresel kirlenme potansiyeli ne neden olmaktadır. Ancak uçucu kül, faydalı uygulamalar için kullanılabilecek değerli bileşenler içerdiğinden hammadde olarak kullanımı için de değerli bir fırsat sunar. Uçucu kül, yüksek yüzey alanı, ayarlanabilir gözenek boyutları ve mükemmel iyon değiştirme kapasitesi gibi olağanüstü özelliklere sahip bir gözenekli malzeme sınıfı olan zeolitlerin sentezinde kullanılabilir bir atıktır. Eşsiz özellikleri ve çok yönlü uygulamaları nedeniyle zeolitler, kataliz, gaz ayırma ve çevresel iyileştirme dahil olmak üzere çeşitli endüstriyel sektörlerde büyük önem kazanmıştır. Bu çalışma uçucu külün zeolit sentezi için öncü madde olarak kullanılması potansiyelini araştırmayı, böylece atık malzemeyi değerli bir kaynağa dönüştürmeyi ve daha yeşil bir gelecek için sürdürülebilir malzemelere katkıda bulunmayı amaçlamaktadır. Bu çalışmada, Türkiye'deki bir termik santralden elde edilen Soma uçucu külü çeşitli analizlere tabi tutulmuş ve içerdiği silika, alümina, demir, kalsiyum ve kükürt oksit bileşimi nedeniyle C Sınıfı olarak sınıflandırılmıştır. Zeolit sentezinde Soma uçucu külünün kullanımını kolaylaştırmak amacıyla, safsızlık fazlarının uzaklaştırılması ve silikon-alüminyum oranının (SAR) arttırılması için çok önemli bir adım olan asit liçi belirlendi. Sonuç olarak, bu ek işlem adımı, yüksek silika zeolitlerinin başarılı bir şekilde sentezlenmesine olanak sağladı. Bu amaçla, zeolit çerçevelerinin oluşumunu optimize etmek için asit liçi koşulları, jel formülü, reaksiyon sıcaklığı ve süresi ve alkalin ajanın türü gibi çeşitli parametreler araştırıldı. Farklı sentez koşulları altında, Faujasit (FAU), Şabazit (CHA), Sodalit (SOD), Gismondine (GIS), Merlinoit (MER) ve Phillipsite (PHI) dahil olmak üzere farklı zeolit yapıları elde edildi. Her biri benzersiz özelliklere ve potansiyel uygulamalara sahip çeşitli zeolit çerçeveleri elde etmek için sentez parametrelerinin optimizasyonu yapıldı. SEM, EDX, BET ve TGA analizleri sayesinde optimize edilmiş zeolit örnekleri farklı yapıları ve gelişmiş kimyasal bileşimleri ortaya çıkardı. SEM analizi, literatürle tutarlı olan iyi tanımlanmış FAU, CHA, GIS ve PHI zeolit morfolojilerini ortaya çıkardı. EDX analizinde asit liçi sonrasında artan SAR ve azalan safsızlıklar belirgindi. N2 adsorpsiyon testleri, düşük açılı XRD sonuçlarıyla desteklenen FAU zeolitinde mezo-gözenekli özellikler gösterdi. Su emme kapasitesi değerlendirmeleri, FAU tipi zeolitin CHA'dan daha yüksek su emme kapasitesine sahip olduğunun altını çizdi. Özetle, bu araştırma, kömür yanmasından kaynaklanan atık bir ürün olan uçucu külün, değerli zeolit malzemelerine dönüştürülerek sürdürülebilir kullanımına katkıda bulunmuştur. Bu zeolitler çevresel iyileştirme, gaz ayırma ve kataliz alanlarında uygulama bulabilir ve atıkların değerlendirilmesi ve kaynak sürdürülebilirliği için umut verici bir yol sunar. Soma uçucu külünden elde edilen zeolitlerin başarılı sentezi, atık yönetimi zorluklarının aşılması ve daha yeşil bir gelecek için sürdürülebilir malzemelerin geliştirilmesine katkıda bulunulması açısından umut vaat ediyor.
Özet (Çeviri)
Fly ash is a by-product generated from coal combustion in thermal power plants, and it consists of fine, powdery particles rich in various oxides, such as silica (SiO2), alumina (Al2O3), hematite (Fe2O3), and lime (CaO). Its widespread production poses significant environmental challenges due to the sheer volume generated and the potential for environmental contamination. However, fly ash also presents a valuable opportunity for resource utilization, as it contains precious components that can be harnessed for beneficial applications. One such application is the synthesis of zeolites, a class of porous materials with exceptional properties, including high surface area, tunable pore sizes, and excellent ion exchange capacity. Due to their unique properties and versatile applications, zeolites have gained immense importance in various industrial sectors, including catalysis, gas separation, and environmental remediation. This study aims to explore the potential of utilizing fly ash as a precursor for zeolite synthesis, thereby converting waste material into a valuable resource and contributing to sustainable materials for a greener future. In this study, Soma fly ash obtained from a Turkish thermal power plant was subjected to several analyses and then categorized as Class C due to its notable silica, alumina, iron, calcium, and sulfur oxide composition. To facilitate the utilization of Soma fly ash in zeolite synthesis, a crucial step, acid leaching, was determined for removing impurity phases and increasing the silicon-to-aluminum ratio (SAR). Consequently, this additional process step allowed the successful synthesis of high silica zeolites. For this purpose, various parameters, such as acid leaching conditions, gel formula, reaction temperature and time, and the type of alkaline agent, were explored to optimize the formation of zeolite frameworks. Under different synthesis conditions, different zeolite structures, including Faujasite (FAU), Chabazite (CHA), Sodalite (SOD), Gismondine (GIS), Merlinoite (MER), and Phillipsite (PHI), were obtained. The optimization of synthesis parameters was done to obtain various zeolite frameworks, each with unique properties and potential applications. Through SEM, EDX, BET, and TGA analyses, optimized zeolite samples revealed distinct structures and improved chemical compositions. SEM analysis exposed well-defined FAU, CHA, GIS, and PHI zeolites morphologies consistent with the literature. Enhanced SAR and reduced impurities upon acid leaching were evident in EDX analysis. N2 adsorption tests demonstrated mesoporous characteristics in FAU zeolite, supported by low-angle XRD results. Water sorption capacity assessments underscored that FAU-type zeolite has a higher water sorption capacity than CHA. In summary, this research contributed to the sustainable utilization of fly ash, a waste product from coal combustion, by converting it into valuable zeolite materials. These zeolites can find applications in environmental remediation, gas separation, and catalysis, offering a promising avenue for waste valorization and resource sustainability. The successful synthesis of zeolites from Soma fly ash holds promise in addressing waste management challenges and contributing to the advancement of sustainable materials for a greener future.
Benzer Tezler
- Su adsorpsiyon kapasitesi nispeten yüksek zeolitler ve kaplamalarının hazırlanması
Preparation of zeolites and their coatings with relatively high water adsorption capacities
ZÜLFİYE DAĞLI
Doktora
Türkçe
2023
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELKON TATLIER
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇİĞDEM TAŞDELEN YÜCEDAĞ
- EMT zeolitinin sentezi ve farklı ıyon formlarının su tutma kapasıtesı üzerine etkisi
Synthesis of EMT zeolite and the effect of fifferent ion forms on water holding capacity
SEDAT DELEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇİĞDEM ORAL
- 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
SALİH KAAN KİRDECİLER
Doktora
İngilizce
2022
Jeoloji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURCU AKATA KURÇ
PROF. DR. HAYRETTİN YÜCEL
- Synthesis of polyhydroxybutyrate and its copolymers by alcaligenes latus and alcaligenes eutrophus
Polihidroksibütirat ve kopolimerlerinin alcaligenes latus ve alcaligenes eutrophus ile sentezlenmesi
ZEYNEP GÜMÜŞYAZICI
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRDAL ALAEDDİNOĞLU
- Synthesis of silican-germanium by high dose germanium ion implantation into silican
Silisyum içine yüksek doz germanyum iyon ekimi ile silisyum-germanyum sentezlenmesi
MEHMET ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAŞİT TURAN