Swellable organically modified silica as a novel catalyst scaffold for catalytictreatment of water contaminated with trichloroethylene
Trikloretilen ile kirlenmiş suyun katalitik arıtımı için yeni bir katalizör destek malzemesi olarak şişebilen organik olarak modifiyeli silika
- Tez No: 847237
- Danışmanlar: PROF. DR. UMİT S. OZKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: The Ohio State University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 298
Özet
ÖZET Yeraltı suyunun klorlu bileşiklerle kirlenmesi içme suyu kaynağı olarak kullanılan yeraltı suyu ve yüzey suyunun üzerindeki olası etkilerinden dolayı ciddi bir çevresel sorundur. Klorlu bileşikler arasında, trikloretilen (TCE) zehirliliği yüksek olan ve en çok bulunan yeraltı suyu kirleticilerinden biridir. TCE'nin zehirliliği ve kansere yol açan etkileri insan sağlığı ve çevre için ciddi bir tehdit oluşturmaktadır. Hidrojen ile klor giderimi (HDC) klorlu bileşikler tarafından kirlenmiş yeraltı suyunu temizlemek için etkili bir eleme bazlı iyileştirme tekniğidir. HDC'de klorlu bileşikler hidrojenle reaksiyona girer ve katalitik olarak klorür içermeyen hidrokarbonlara ve hidrojen klorüre (HCl) dönüştürülür. Klorlu bileşiklerin HDC'si üzerine yapılan araştırmalar son teknoloji ürünü paladyum bazlı katalizörler kullanılarak umut verici dönüşümler ve katalitik aktivitelerin sağlandığını göstermiştir. Bununla birlikte, literatürde rapor edilen mevcut HDC katalizörleri müteakip sözü edilen sorunlardan muzdariptir: (i) katalizörün gerçek yeraltı sularında bulunan kükürt içeren (SO42-, HS-), klorür içeren (Cl-) ve benzeri anyonik bileşikler nedeniyle zehirlenmesi, (ii) kaçınılmaz reaksiyon ürünü olan HCl'in katalitik aktiviteyi engellemesi, (iii) aktif bölgelerde karbonlu bileşiklerin oluşumu, ve (iv) katalizörün kullanım sırasında aktif metal kaybı. Bu sorunlar, HDC'nin ticarileşmesini ve yaygın şekilde kullanılmasını engellemektedir. Endüstriyel kuruluşların katalitik HDC'yi bir iyileştirme tekniği olarak kullanmaları için, bu deaktivasyon sorunlarının ele alınması gerekmektedir. Bu nedenle, araştırmalarımız deaktivasyon direnci iyileştirilmiş yeni bir katalitik su arıtma sistemi geliştirmeye odaklanmıştır. Bu tezin odak noktası, yeni keşfedilen ve şişebilen organik olarak modifiyeli silika (SOMS) olarak adlandırılan bir malzemenin TCE'in klorürlerinin hidrojen ile giderilmesinde destek malzemesi olarak kullanımıdır. SOMS benzersiz özelliklere sahip, oldukça hareketli bir malzemedir. SOMS organik bileşiklerle temas ettiğinde bu malzemeleri soğurabilir, şişer, ve su sevmez (hidrofobiktir). SOMS malzemenin yapısına esneklik sağlayan çapraz bağlı organik silika parçacıkları ağından oluşur. Bu tezde geliştirilen katalitik sistem, kirlenmiş suyun HDC yöntemi ile iyileştirilmesinde belirtilen sorunları SOMS'un benzersiz özelliklerini aşağıdaki yolları kullanarak ele almıştır: (i) SOMS'un şişme özelliği organik çözücüler içinde çözünen aktif metalleri şişmiş yapının içerisine yerleştirilmesini sağlar. Böylelikle, aktif bölgeler dış yüzeyde yer almadıkları için etkin bir şekilde korunmaları sağlanır. (ii) SOMS'un hidrofobik özelliği organik maddeleri aktif bölgelere doğru yönlendirirken anyonik zehirleri ve HCl'i uzaklaştırır. Böylece, katalizörün deaktivasyon sorunları bastırılır. (iii) SOMS'un yüzeyi önemli miktarda yüzey hidroksilleri içermez. Bu özellik karbonlu bileşiklerin oluşumunun azaltılmasıni sağlamıştır. Bu çalışmada geliştirilen katalitik sistemin yukarıda belirtilen sorunları çözebileceğini göstermek için deneysel bir yaklaşım benimsenmiştir. Bu tezde yapılan çalışmalar gerçek kinetik ölçümlerin yapılabildiği deneysel düzeneklerin inşa edilmesi, metal emdirilmiş SOMS sentezlemek için deneysel protokollerin geliştirilmesi, hidrojen ile klor giderilmesi aktivite deneylerinin su fazında yapılması, deaktivasyon direnci özelliklerini araştırmak için hızlandırılmış zehirleme deneyleri yapılması, ve saf ve zehirlenmiş katalizörlerinin tepkime yeri dışında ve yerinde karakterizasyon çalışmalarının yapılmasını içermektedir. Deneysel çalışmaların karşılaştırmalarında bir temele sahip olmak amacıyla, ticari olarak kullanılan su arıtma katalizörü Pd/Al2O3 de çalışılmıştır. Bu tez çalışmasında, SOMS benzersiz özellikleri ve hareketli doğası nedeniyle ümit verici bir katalizör destek malzemesi olarak sunulmuştur. Suyun katalitik arıtımı ile ilgili sorunların üstesinden gelme potansiyeline sahiptir. Bu tezin bir parçası olarak yürütülen çalışmalara dayanarak, Pd içeren SOMS katalizörlerinin katalitik olarak aktif olduğu ve ticari olarak kullanılan benzerlerine göre katalitik aktivite engellenmesine ve deaktivasyona karşı daha dirençli olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Abstract Groundwater contamination by chlorinated compounds is a serious environmental concern because of its potential impact on groundwater and surface water that serves as a major source of public drinking water. Among chlorinated compounds, trichloroethylene (TCE) is one of the most abundantly detected groundwater contaminants with high level of toxicity. The toxicity and the carcinogenic effects of TCE pose a serious threat to human health and the environment. Hydrodechlorination (HDC) is an efficient elimination-based remediation technique to clean groundwater contaminated by chlorinated compounds. In HDC, chlorinated compounds react with hydrogen and are catalytically converted to chloridefree hydrocarbons and hydrogen chloride. Active research on HDC of chlorinated compounds has resulted in promising conversions and catalytic activities over state-of-theart palladium-based catalysts. However, the existing HDC catalysts reported in the literature suffer from the following shortcomings: (i) catalyst poisoning due to anionic species present in real groundwater such as sulfur-containing species (SO4 2-, HS-), chloride species (Cl-), etc., (ii) inhibition by the unavoidable reaction product HCl, (iii) formation of carbonaceous species on active sites, and (iv) active metal leaching during operation. The above-mentioned challenges impede the commercialization and widespread utilization of HDC. For industrial organizations to adapt catalytic HDC as a remediation technique, iii these deactivation issues need to be addressed. Our research has therefore focused on developing a novel catalytic water treatment system in which the deactivation-resistance is improved. The focus of this dissertation is the use of a newly-discovered material, namely swellable organically-modified silicate (SOMS) as a catalyst scaffold for HDC of TCE. SOMS is a highly animated material with unique properties. It is adsorptive, extremely hydrophobic and swellable when contacted with organics. The SOMS structure consists of a cross-linked network of organosilica particles that provide flexibility to the structure of the material. The catalytic system developed in this dissertation has addressed the abovementioned challenges by utilizing the unique characteristics of SOMS in the following ways: (i) The swelling capability of SOMS allows the active metals dissolved in organic solvents, to be deposited inside the swollen matrix of SOMS. Hence, an effective protection of the active sites is achieved since they are not situated on the exterior surface. (ii) The hydrophobicity of SOMS guides the organics towards the active sites and repels anionic poisons and HCl. Thus, the catalyst deactivation problems are alleviated. (iii) The surface of SOMS does not contain substantial amounts of surface hydroxyls. This was attributed to decreasing the formation of carbonaceous deposits. An experimental approach has been undertaken to demonstrate that the catalytic system developed within this work can meet the above-mentioned challenges. The work performed in this dissertation includes building experimental set-ups where intrinsic kinetic measurements can be performed, developing experimental protocols to synthesize metal-impregnated SOMS, performing aqueous-phase hydrodechlorination activity iv experiments, performing accelerated-poisoning experiments to investigate the deactivation-resistance characteristics, and carrying out ex-situ and in-situ characterization studies over pristine and poisoned catalysts. These experimental studies were repeated for the commercially-used water treatment catalyst, Pd/Al2O3 in order to have a basis for comparison. In this dissertation, SOMS has been presented as a promising catalyst scaffold due to its unique properties and animated nature. It has the potential to meet the challenges associated with catalytic treatment of water. Based on the studies conducted as a part of this dissertation, it can be concluded that Pd-incorporated SOMS catalysts are catalytically active and more resistant to inhibition and deactivation than the commercially employed counterparts.
Benzer Tezler
- Kaolin ve sodyum hümat içeren hidrojel kompozitlerin sentezi ve özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and investigation of properties of hydrogel composites containing kaolin and sodium humate
ELİF YILMAZ
Doktora
Türkçe
2020
Kimya MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN DEVECİ
- Etkin madde içeren basit osmotik pompa tabletlerinin hazırlanması ve tablet özelliklerinin in-vitro değerlendirilmesi
Preparation of elementary osmotic pump tablets containing active substence and in vitro evaluation of tablet properties
ÜRÜN KANDEMİRER
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Eczacılık ve FarmakolojiMarmara ÜniversitesiFarmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TİMUÇİN UĞURLU
- Boronik asit grubu içeren hidrojellerin sentezi ve oligonükleotid adsorpsiyonunda taşıyıcı olarak kullanımı
Synthesis of boronic acid carrying hydrojels and their use in oligonücleotide adsorption
ABDULLAH ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SÜLEYMAN ALİ TUNCEL
- Kalsiyum karbit atığı ile kil zeminlerin iyileştirilmesi ve karşılaştırmalı analizi
Healing and comparative analysis of clay soils with calcium carpide waste
SELMAN KAHRAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
İnşaat MühendisliğiKarabük Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İNAN KESKİN
- Jelatin ve histon kullanılarak doku mühendisliği uygulamaları için yüksek biyouyumlu biyomalzeme sentezi ve karakterizasyonu
Highly biocompatible biomaterials synthesis and characterization for tissue engineering applications by using gelatin and histone
SABİHA DEMİRCİ CENGİZ