Polimer esaslı aktif karbonun kimyasal buhar biriktirme ve grafitizasyon yöntemleri ile modifiye edilmesi: Kullanım alanlarının araştırılması
Modification of polymer based activated carbon with chemical vapor deposition and graphitization methods: İnvestigation of its applications
- Tez No: 902595
- Danışmanlar: PROF. DR. SELİN ŞAHİN SEVGİLİ, DR. ELİF TAHTASAKAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Aktif karbon, CVD, Polimerizasyon, Uçucu organik bileşikler, Yüksek sıcaklık malzemeleri, Activated carbon, CVD, Volatile organic compound, High temperature materials
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada süspansiyon polimerizasyonu yöntemiyle yüzey alanları ve gözenek yapıları birbirinden farklı polimer bazlı küresel aktif karbonlar sentezlenmiştir. 1984,0557 m2/g yüzey alanı, 1,7206 cm3/g toplam gözenek hacmi ve 34,688 Å ortalama gözenek çapına sahip polimer bazlı küresel aktif karbondan kimyasal buhar biriktirme yöntemi kullanılarak karbon moleküler elek (CMS) üretimi gerçekleştirilmiştir. CMS üretimini etkileyen faktörler (biriktirme sıcaklığı, metan akış hızı ve biriktirme süresi) ve seviyeleri, N2 izotermlerinden yararlanılarak Yüzey Merkezi Kompozit Tasarımı (Face Centered Composite Design-FCCD) deney tasarım yöntemi ile optimize edilmiştir. Üretilen CMS'lerden CMS1 en yüksek N2 adsorpsiyon kapasitesine sahipken, gözeneklerinde en çok pirolitik karbon biriken CMS8 olmuştur. CMS8'in gerek N2 izotermi gerek SEM görüntüleri incelendiğinde heterojen, yani mikro ve mezo gözeneklere sahip olduğu tespit edilmiştir. Çalışmanın diğer bölümünde, 952,7325 m2/g yüzey alanı, 0,3893 cm3/g toplam gözenek hacmi ve 16,345 Å ortalama gözenek çapına sahip polimer bazlı küresel aktif karbondan grafitizasyon yöntemiyle grafitik karbon (GK) üretimi gerçekleştirilmiştir. Öncelikle grafitizasyona basıncın etkisini belirlemek için atmosferik basınç ve vakum altında çalışmalar yapılmış, elde edilen GK'lerin N2 izotermleri incelendiğinde vakum altında çalışılmaya karar verilmiştir. Sonrasında vakum ortamında ve sabit sıcaklıkta (1750 °C) grafitizasyon süresi 5 saatken, 10 ve 20 saatlik çalışmalar yapılarak grafitizasyona zamanın etkinsin çok az olduğu N2 izotermlerinden tespit edilmiş, bu nedenle üretim maliyetini düşürmek adına grafitizasyon süresi 5 saat seçilmiştir. Son olarak grafitizasyona sıcaklığın etkisini tespit etmek için 1000, 1250, 1500 ve 1750 °C'de GK üretim çalışmaları yapılmıştır. Üretilen GK'lerin BET, SEM ve RAMAN ile yapılan analizleri incelendiğinde 1750 °C'de yapılan grafitizasyonun daha yüksek olduğu görülmüştür. Böylece 1750 °C ve 5 saatlik vakum ortamında elde edilen GK-V-5-1750'nin ve ticari ürün Tenax® ile BTEX'lerin (Benzen, Toluen, Etil benzen, Ksilen) adsorpsiyon ve desorpsiyon çalışmaları TD-GC-MS (Termal Desorpsiyon-Gaz Kromatografisi-Kütle Spektrometresi) ile yapılmış olup, analiz sonuçları incelendiğinde GK-V-5-1750 ürününün ticari malzeme ile benzer özellikler taşıdığı görülmüştür.
Özet (Çeviri)
In this study, polymer-based spherical activated carbons with different surface areas and pore structures were synthesized using the suspension polymerization method. Carbon molecular sieves (CMS) were produced from polymer-based spherical activated carbon with a surface area of 1984.0557 m2/g, a total pore volume of 1.7206 cm3/g and an average pore diameter of 34.688 Å using the chemical vapor deposition method. The factors affecting CMS production (deposition temperature, methane flow rate and deposition time) and their levels were optimized with the Face Centered Composite Design (FCCD) experimental design method, using N2 isotherms. While CMS1 had the highest N2 adsorption capacity among the CMSs produced, CMS8 had the most pyrolytic carbon accumulated in its pores. When both the N2 isotherm and SEM images of CMS8 were examined, it was determined that the material was heterogeneous, possesing both micro and meso pores. In the other part of the study, graphitic carbon (GK) was produced by graphitization of polymer-based spherical activated carbon with a surface area of 952.7325 m²/g, a total pore volume of 0.3893 cm³/g, and an average pore diameter of 16.345 Å. Initially, studies were conducted under atmospheric pressure and vacuum to determine the effect of pressure on graphitization, and after examining the N2 isotherms of the obtained GKs, it was decided to continue working under vacuum. Subsequently, in a vacuum environment at a constant temperature (1750 °C), graphitization durations of 10 and 20 hours were tested, while the 5-hour duration was found to be sufficient for minimal impact on graphitization as determined from the N2 isotherms. Therefore, to reduce production costs, the 5-hour graphitization period was selected. Finally, GK production was carried out at 1000, 1250, 1500, and 1750 °C to determine the effect of temperature on graphitization. BET, SEM, and RAMAN analyses of the produced GKs indicated that graphitization was higher at 1750 °C. Thus, the adsorption and desorption studies of BTEX (Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene) were performed using TD-GC-MS (Thermal Desorption-Gas Chromatography-Mass Spectrometry) on the GK-V-5-1750 sample obtained at 1750 °C for 5 hours in a vacuum, and the results revealed that the GK-V-5-1750 product had similar properties to the commercial material Tenax®.
Benzer Tezler
- Graphene based materials obtained from graphite and polyacrylonitrile based carbon fiber for energy storage and conversion systems
Enerji depolama ve dönüşüm sistemleri için grafit ve poliakrilonitril esaslı karbon fiberden grafen tabanlı malzemelerin üretilmesi
MEHMET GİRAY ERSÖZOĞLU
Doktora
İngilizce
2022
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN
- Tekstil temiz üretiminde sürdürülebilirliğin araştırılması ve yenilenebilir enerji kaynaklarından aktif karbon üretimi
Investigation of sustainability on textile cleaner production and active carbon obtained from renewable of energy sources
BÜŞRA ARDIÇ KURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Polimer Bilim ve TeknolojisiMarmara ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE DİLARA KOÇAK
- Improvement of the cyclic flexural capacity of RC columns with FRP reinforcement
Lifli polimer donatılar kullanılarak betonarme kolonların çevrimsel yükler altında eğilme kapasitelerinin artırılması
ENGİN CÜNEYT SEYHAN
Doktora
İngilizce
2016
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ
- Synthesis, photophysical properties and ofet application of thienothiophene and benzothiadiazole based donor-π-acceptor-π (D-π-A-π) type conjugated polymers
Tiyenotiyofen ve benzotiyadiazol esaslı donör-π-alıcı-π (D-π-A-π) tipi konjuge polimerlerin sentezi, fotofiziksel özellikleri ve ofet uygulaması
SERRA EBRU ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TURAN ÖZTÜRK
- Taılorıng mıcrostructure and morphology ın prınted carbon nanomaterıals for straın sensıng
Gerinim algılama için baskılı karbon nanomalzemelerde mikrostruktur ve morfolojinin özelleştirilmesi
ADEL ALRAİ
Doktora
İngilizce
2025
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜLYA CEBECİ
DOÇ. DR. ELİF ÖZDEN YENİGÜN