Development and characterization of biochar based polymer composites
Biyokömür esaslı polimer kompozitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
- Tez No: 906102
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA EROL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 117
Özet
Bu çalışma, katma değeri düşük çeşitli atık biyokütlelerin piroliz işlemi ile biyokömüre dönüştürülmesi sonucu elde edilen kompozit malzemelerin karakterizasyonu ve eklemeli imalat (3D baskı) ile biyokömür bazlı polimer kompozit malzemelerin üretilmesini kapsamaktadır. Araştırmada saman ve arpa malt posası, katkı biyokömür malzemesi olarak kullanılmak üzere aday biyokütle olarak kullanılmıştır. Araştırmanın en önemli odak noktalarından bazıları şunlardır: yüksek ileri dönüşüm potansiyeli, hafif ağırlık, nem itici (hidrofobik), çeşitli endüstriyel uygulama alanlarında (otomotiv, havacılık, savunma vb.) kullanılma potansiyeline sahip, yüksek mekanik performansa sahip, karbon içeriği ve homojenizasyon. Karbon zenginleştirme için kullanılan piroliz işlemi için mikron altı boyutta biyokömürün yüksek verimlilikle üretilmesidir. Piroliz sıcaklıkları (400°C, 450°C, 650°C ve 700°C) ve süreleri (30 dakika, 60 dakika ve 120 dakika) literatür çalışması ve biyokütlelerin DTA/TG analizi ile optimize edilmiştir. Biyokömür numuneleri, farklı piroliz sıcaklıkları ve sürelerinde üretilmiştir. Ardından, X-ışını Difraktometrisi (XRD), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR) ve X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ile analiz edilmiştir. Bu karakterizasyonların ardından, en yüksek karbon içeriği oranlarına sahip iki potansiyel aday biyokömürler (saman ve malt küspesi), 3D baskılı kompozitlerde UV ışık altında kürlenebilir epoksi reçinesine katkı malzemeleri olarak seçilmiştir. Bu tezin amacı doğrultusunda, üretim verimliliği ve yüksek karbon içeriği sınırlamalarına bağlı olarak, karakterizasyon ve hesaplama sonuçlarına göre kompozitler için katkı maddesi olarak saman seçilmiştir. Biyokömür bazlı polimer kompozit malzeme üretimi, katkı maddesi olarak saman biyokütlesinden elde edilen biyokömürün ağırlıkça %0 (katkısız), %0,5, %1, %3 ve %5 oranlarında kullanılması ve biyokömürün UV ışık kaynağı ile kürlenebilen renksiz (saf) epoksi ile homojen karışımı ile gerçekleştirilmiştir. Kompozit numuneler SLA tipi bir üç boyutlu yazıcı (3D Baskı) kullanılarak basılmıştır. Biyokömür esaslı polimer kompozitler (BPC) mekanik olarak sırasıyla ASTM D3039 ve ASTM D7264'e göre çekme ve üç nokta eğme testleri ile karakterize edilmiştir. Mekanik sonuçlara göre, kontrol numunesine (katkısız) kıyasla katkı oranı arttıkça mekanik performansın düştüğü ve bu tez çalışması için saman biyokütlesinden elde edilen biyokömür için en uygun katkı oranları ağırlıkça %0,5 ve %1 olabileceği belirlenmiştir. Biyokömür malzemesinin karbonca zengin yapısı sayesinde kompozit malzemenin ağırlığında azalma olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
This study covers the characterization of composite materials obtained as a result of converting various waste biomass with low-added value into biochars by pyrolysis process and producing biochar-based polymer composite materials with additive manufacturing (or well-known as three-dimensional (3D) printing). Straw and barley malt pulp were used as candidate biomass to be used as additive biochar materials in the research. Some of the most important focuses of the research are: high upcycling potential, light-weighting, moisture repellent (hydrophobic), having the potential to be used in various industrial application areas (automotive, aerospace, defence, etc.), having promising mechanical performance, carbon content, and homogenization. It is the high-efficiency production of submicron-sized biochar for the pyrolysis process used for carbon enrichment. Pyrolysis temperatures (400°C, 450°C, 650°C, and 700°C) and durations (30 mins, 60 mins, and 120 mins) were optimized by literature study and DTA/TG analysis of biomasses. Biochars were produced at different pyrolysis temperatures and durations, and identified by X-ray Diffractometry (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Following these characterizations, two optimal biochars (straw and barley malt pulp), having highest carbon content rates, were chosen to be additives which made them combine with UV-sensitive epoxy resin in 3D-printed composites as well. Within the aim of this thesis in case of production efficiency and high carbon content limitations, the straw was selected as the additive for the composites according to the characterization and calculation results. The production of biochar-based polymer composite material was carried out by using biochar obtained from straw biomass as an additive at the rates of 0% (additive-free), 0.5%, 1%, 3%, and 5% by weight, and the homogeneous mixture of biochar with colorless (pure) epoxy that can be cured with a UV light source. The composite samples were printed by using an SLA-type three-dimensional printer (3D Printing). The biochar based polymer composites (BPCs) were characterized mechanically by tensile test and also three-point bending test according to the ASTM D3039 and ASTM D7264, respectively. According to the results, it was observed that mechanical performance decreased as the additive ratio increased compared to the control sample (without additive), and the optimal additive rates for biochar derived from straw biomass were determined as 0,5% and 1% by weight for this thesis. It was concluded that there was a decrease the weight of the composites thanks to the carbon-rich structure of the biochar material.
Benzer Tezler
- Farklı biyokütle kaynaklarının biyokompozit malzeme üretimde kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the usability of different biomass sources in biocomposite material production
SEVİM ÖZGÜL
- Biyokütleden biyoçar bazlı nanokompozitlerin sentezi, karakterizasyonu, malahit yeşili ve metilen mavisi boyalarının sulu çözeltilerden giderimi
Synthesis, characterization of biochar-based nanocomposites from biomass, removal of malachite green and methylene blue dyes from aqueous solutions
ELİF GEZGİNCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EROL PEHLİVAN
- Renewable carbon from lignin biomass and its electrode and catalyst applications in batteries, supercapacitors, and fuel cells
Lignin biyokütlesinden yenilenebilir karbon ve pillerde, süper kapasitörlerde ve yakıt hücrelerinde elektrot ve katalizör uygulamaları
MÜSLÜM DEMİR
Doktora
İngilizce
2017
EnerjiVirginia Commonwealth UniversityKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAM B. GUPTA
- Buğday yetiştiriciliğinde alternatif taban ve üst gübrelerin geliştirilmesi
Development of alternative basal and top dressing fertilizers in wheat cultivation
TUĞÇE AYŞE KARDEŞ
Doktora
Türkçe
2023
ZiraatAnkara ÜniversitesiToprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDIN GÜNEŞ
- Biyokömür/silikajel hibrit sorban materyalin sentezi ve sulu çözeltilerden Ni(II) giderim potansiyelinin incelenmesi
Synthesis of biochar/silicagel hybrid sorbent material and investigation of Ni(II) removal potential from aqueous solutions
DUYGUN AGİN