Sustainable zeolite production via solar calcination of kaolin and halloysite: structural evolution, phase control, and co₂ adsorption efficiency
Kaolin ve halloysit'in güneşle kalsinasyonu ile sürdürülebilir zeolit üretimi: Yapisal gelişim, faz kontrolü ve co₂ adsorpsiyon verimliliği
- Tez No: 959861
- Danışmanlar: PROF. DR. BURCU AKATA KURÇ, PROF. DR. DEREK KEITH BAKER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Kimya Mühendisliği, Maden Mühendisliği ve Madencilik, Chemistry, Chemical Engineering, Mining Engineering and Mining
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- 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: 195
Özet
Doğal killerden zeolit üretimi, özellikle karbon yakalama uygulamaları için düşük maliyetli ve çevresel açıdan sürdürülebilir bir yaklaşım sunmaktadır. Ancak, kaolin ve halloysit gibi killerin zeolit sentezi öncesinde aktive edilmesi için uygulanan geleneksel kalsinasyon yöntemleri yüksek sıcaklık gerektirmekte ve bu da önemli düzeyde enerji tüketimi ve karbon emisyonuna yol açmaktadır. Bu tezde, kil aktivasyonuna yönelik çevre dostu bir alternatif olarak yoğunlaştırılmış güneş enerjisiyle gerçekleştirilen kalsinasyon süreci araştırılmış ve bu yöntemin malzeme performansını koruyarak karbon ayak izini azaltmadaki potansiyeli ortaya konmuştur. Kaolin ve halloysit numuneleri, 700–1000 °C aralığında güneşle ısıtılarak amorf metaformlara ve Al–Si spinel ara fazlarına dönüştürülmüş, ardından alkali hidrotermal yöntemle LTA- ve FAU-tipi zeolitlere sentezlenmiştir. Faz dönüşümleri ve gözenek yapısı çeşitli karakterizasyon teknikleri ile değerlendirilmiştir. Türkiye'de bol miktarda bulunan, düşük maliyetli ve endüstriyel açıdan önemli bir kaynak olan kaoline bu bağlamda özel önem verilmiştir. Ön işlem koşullarının ve kil türünün zeolit oluşumu üzerindeki etkileri sistematik olarak incelenmiştir. Elde edilen zeolitlerin CO₂ adsorpsiyon kapasiteleri, 25 °C ve 1 bar koşullarında denge ve geçiş testleriyle belirlenmiştir. Bulgular, güneşle kalsine edilmiş killerden üretilen zeolitlerin geleneksel yöntemlerle üretilenlerle karşılaştırılabilir performans sunduğunu, ayrıca enerji tüketimi ve karbon emisyonlarını önemli ölçüde azalttığını göstermektedir. Bu çalışma, kil bazlı zeolitlerin düşük maliyetli ve düşük karbon ayak izli CO₂ yakalama sistemleri için umut vadeden malzemeler olduğunu ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
The production of zeolites from natural clays offers a promising route toward low- cost and sustainable adsorbent materials, especially for applications in carbon capture. However, conventional calcination processes used to activate kaolin and halloysite clays are highly energy-intensive and carbon-emitting. This thesis explores solar-driven calcination as an environmentally benign alternative for clay activation, aiming to reduce the carbon footprint of zeolite synthesis without compromising material performance. Kaolin and halloysite were subjected to concentrated solar thermal treatment at temperatures ranging from 700 °C to 1000 °C to induce structural transformations into amorphous metaforms and Al–Si spinel intermediates. The thermally activated products were then converted into LTA- and FAU-type zeolites via alkali hydrothermal synthesis. Phase evolution and porosity development were investigated using various characterization techniques. Special attention was given to kaolin, an abundant and low-cost clay that is extensively mined in Türkiye and offers strategic advantages for sustainable materials development. The influence of precursor type and calcination conditions on zeolite formation pathways was systematically evaluated. CO₂ adsorption capacities of the resulting zeolites were assessed at 25 °C and 1 bar using breakthrough and equilibrium measurements. Results demonstrate that solar-calcined clays yield zeolites with comparable crystallinity, surface area, and CO₂ uptake to those produced via conventional heating, while achieving significant reductions in thermal energy consumption and CO₂ emissions. This work validates solar calcination as a viable route for scalable zeolite production and supports the integration of clay-based zeolites into low-cost, low-carbon CO₂ capture technologies.
Benzer Tezler
- Recovery of succinic acid for bio-based C4 bifunctional building block production
Başlık çevirisi yok
ÇAĞRI EFE
Doktora
İngilizce
2011
BiyokimyaTechnische Universiteit Delft (Delft University of Technology)PROF. DR. L. A. M. VAN DER WIELEN
DR. A. J. J. STRAATHOF
- Laktik asitin heterojen katalitik dehidrasyon ile değerlendirilmesi
Evaluation of lactic acid via heterogeneous catalytic dehydration
AINUR SYEITKHAJY
Doktora
Türkçe
2025
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL BOZ
- Catalytic cracking of waste cooking oils using low cost catalysts
Atık yağların ucuz katalizörler kullanılarak katalitik krakingi
KAMİL SERKAN UZYOL
Doktora
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiMarmara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DİLEK KAZAN
DOÇ. DR. SELİM CEYLAN
- Algal growth in human urine pretreated with ion exchange process: Effect of different coagulants on harvesting efficiency
İyon değişimi prosesi ile ön arıtma yapılmış insan idrarında alg büyümesi: Farklı koagülanların hasat verimi üzerine etkisi
BUKET HATİCE ENGEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA EVREN ERŞAHİN
- Recovery of ammonıum and potassıum from lıquıd dıgestate usıng clınoptılolıte, ıts use as fertılızer and structural analysıs of the solıd phase
Anaerobik sivi çürütücü çikişindan klinoptilolit kullanilarak amonyak ve potasyumun geri kazanimi, gübre olarak kullanimi ve kati fazin yapisal karakterizasiyon anali̇zi
FATEMEH SADRZADEH
Doktora
İngilizce
2025
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT ALTINBAŞ