Removal of greenhouse gases by ternary component polymeric membranes
Sera gazlarının üçlü bileşenli polimerik membranlarla uzaklaştırılması
- Tez No: 850392
- Danışmanlar: PROF. DR. HALİL KALIPÇILAR, PROF. DR. LEVENT YILMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 143
Özet
Hidroflorokarbonlar (HFC'ler), perflorokarbonlar (PFC'ler) ve nitrojen triflorür (NF3) gibi florlu sera gazlarından biri olan SF6, şimdiye kadar tanımlanan en güçlü sera gazıdır. SF6, elektronik endüstrisinde yarı iletken üretiminde ve elektrik güç sistemlerinde izolasyon gazı olarak kullanılır. Sanayide kullanılan SF6 miktarı az olmasına rağmen CO2'den 23900 kat daha güçlü olan sera gazı etkisi ile iklim değişikliğini güçlü bir etkisi vardır. Karışık matris membranlar, polimerin performansını artırmak için inorganik dolgu maddelerinin polimer matrisinde dağıtılmasıyla hazırlanır. Zeolitler, karbon nanotüpler, metal oksitler ve metal-organik çerçeveler (MOF'lar), karışık matris membranların (KMM'ler) hazırlanmasında dolgu malzemeleri olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. MOF'lar, kristal bir çerçeve oluşturmak üzere organik ligandlarla koordine edilen metal kümelerinden oluşan bir gözenekli malzeme sınıfıdır. MOF'lar, ayarlanabilir gözenek boyutu ve yüksek yüzey alanı gibi avantajlarından dolayı MMM'lerin hazırlanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada %10'dan az SF6 içeren SF6/N2 karışımlarını ayırmak için karışık matris membranların hazırlanması amaçlanmaktadır. SF6'nın (0,56 nm) moleküler kinetik çapı N2'den (0,36 nm) daha büyük olduğundan üretilen membranların SF6'ya karşı ters seçici olması hedeflenmektedir. Gaz ayrımı için polimerik membranların hazırlanmasında PEBAX 1657 blok kopolimeri kullanılmıştır. PEBAX 1657, camsı, sert poliamid segmentlerden (PA) (%40) ve elastik, esnek polieter segmentlerden (%60) oluşan bloklar içerir. SF6 seçici membranlar elde etmek için membranların SF6/N2 sorpsiyon seçiciliğinin arttırılması ve büyük SF6'nın membranlardan hızlı difüzyonu sağlanmalıdır. Bu amaçla N2'ye göre daha yüksek SF6 sorpsiyon seçiciliğine sahip olan HKUST-1 sentezlenmiş ve membran matrisine eklenmiştir. Ayrıca, gözenek büyüklüğü yaklaşık 0,9 nm olan ZIF-68 sentezlenmiş ve difüzyon hızını arttırmak için membranlara eklenmiştir. Membran hazırlama sırasında, her iki dolgu maddesinin gaz ayırma performanslarını geliştirmek için kontrollü dağılımları üzerinde çalışılmıştır. Dolgu malzemeleri ve membranlar XRD, SEM, N2 adsorpsiyonu ve TGA ile karakterize edilmiştir. Ayrıca laboratuvarımızda tasarlanan sistemde membranların N2, CO2 ve SF6 tek gaz geçirgenlikleri 3 bar transmembran basınçta ve 35oC'de ölçülmüştür. SF6 seçici HKUST-1'in polimer matrisine dahil edilmesi, saf membranla karşılaştırıldığında SF6/N2'nin ideal seçiciliğini üç kat arttırmıştır. Yarışmalı sorpsiyon nedeniyle, karışık gaz deneyleri için ayırma performansının daha da iyileştirilebileceği düşünülmüştür.
Özet (Çeviri)
SF6, one of the fluorinated greenhouse gases such as hydrofluorocarbons (HFCs), perfluorocarbons (PFCs), and nitrogen trifluoride (NF3), is the most potent greenhouse gas identified so far. SF6 is used in the electronics industry in the production of semiconductors and as an insulation gas in electric power systems. Although the amount of SF6 used in the industry is low, it strongly influences climate change with its greenhouse gas effect, which is 23900 times more potent than CO2. A mixed matrix membrane is prepared by dispersing inorganic fillers throughout the polymer matrix to improve the performance of the polymer. Zeolites, carbon nanotubes, metal oxides, and metal-organic frameworks (MOFs) are widely used as filler materials to prepare mixed matrix membranes (MMMs). MOFs are a class of porous materials consisting of organic linkers joined to metal nodes to form a crystalline framework. MOFs are widely used in the preparation of MMMs due to their advantages, such as tunable pore size and high surface area. In this study, it is aimed to prepare mixed matrix membranes to separate SF6/N2 mixtures containing less than 10% SF6. Since the molecular size of SF6 (0.56 nm) is greater than N2 (0.36 nm), the membranes produced are aimed to be reverse-selective to SF6. PEBAX 1657 block copolymer was used to prepare dense polymeric membranes for the gas separation. PEBAX 1657 contains blocks of glassy, rigid polyamide segments (PA) (40%) and rubbery, flexible polyether segments (60%). To obtain SF6 selective membranes, the SF6/N2 sorption selectivity of membranes should be increased, and the fast diffusion of large SF6 through the membranes should be achieved. For this purpose, HKUST-1, which has a high sorption selectivity for SF6 over N2, was synthesized and added to the membrane matrix. Besides, ZIF-68, with a pore size of approximately 0.9 nm, was synthesized and introduced to the membranes to increase the diffusion rate. During membrane preparation, controlled filler distribution was studied to improve the gas separation effects of both fillers. The filler materials and membranes were characterized by XRD, SEM, N2 adsorption, and TGA. Besides, the single gas permeation rates N2, CO2, and SF6 were measured through membranes at 3 bar transmembrane pressure and 35oC in a system designed in our laboratory. Incorporating SF6 selective HKUST-1 into the polymer matrix enhanced the ideal selectivity of SF6/N2 three times compared to the pure membrane. The separation performance was thought to be improved even further for the mixed gas experiments due to competitive adsorption.
Benzer Tezler
- Removal of odor emissions from food fermentation and petrochemical production processes with using biological treatment methods
Gıda fermentasyon ve petrokimya üretim sektörleri kaynaklı koku emisyonlarının biyolojik arıtma yöntemleri ile giderilmesi
İLKER AKMIRZA
Doktora
İngilizce
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KADİR ALP
- Islak tabaka adsorpsiyonu ile CO2 giderimi
CO2 removal by wet-layer adsorption
ŞEYDA DEMİRAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Çevre MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. BAHTİYAR ÖZTÜRK
- AB-initio modelling of oxygen reduction reaction on doped graphene surface in acidic media
Katkılanmış grafen yüzey üzerindeki oksijen indirgenmereaksiyonunun asidik ortamda AB-initio modellenmesi
HASAN OZAN AVCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADEM TEKİN
- High energy density cathode active materials for lithium-ion batteries
Başlık çevirisi yok
MEHMET NURULLAH ATEŞ
- Afşin Elbistan linyit kömürü ve RDF'den üretilen yarıkok karışımlarının yanma davranımlarının belirlenmesi
Determination combustion behavior of chars produced from Afsin Elbistan lignite coal and RDF
GÜLŞEN KURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE AÇMA