Synthesis of monovalent ion selective anion exchange membrane and its use in salinity gradient energy production by reverse electrodialysis
Tek değerli iyon seçimli anyon değiştirici membran sentezi ve ters elektrodiyaliz ile tuzluluk farkına dayalı enerji üretiminde kullanılması
- Tez No: 988164
- Danışmanlar: PROF. DR. NALAN KABAY, DR. ÖĞR. ÜYESİ AYDIN CİHANOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Energy, Chemical Engineering, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Sürdürülebilir ve yenilenebilir enerji kaynaklarına olan talep, tuzluluk gradyanı enerji üretimi araştırmalarını, diğer bir deyişle mavi enerji üretimini teşvik etmiştir. Bu tez çalışmasında, ters elektrodiyaliz (RED) sistemi ile enerji üretimi amacıyla laboratuvar ölçeğinde poliepiklorohidrin (PECH) bazlı anyon değişim membranlarının (AEM) sentezlenmesi hedeflenmiştir. PECH bazlı anyon değiştirici membranlar, öncelikle solvent buharlaşma yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Membran özellikleri üzerindeki sıcaklık, aktif/inert polimer (PECH/PAN) oranı ve aktif polimer/çapraz bağlayıcı ajan (PECH/DABCO) oranının etkileri sistematik olarak incelenmiştir. Sentezlenen membranların iyon değişim kapasitesi, su tutma kapasitesi ve sabit yük yoğunlukları değerlendirilmiş olup bu parametrelere dayanarak en etkili membran seçilmiştir. Bu tez çalışmasında ayrıca, farklı yöntemler kullanılarak Zr-bazlı (UiO-66-2) metal-organik çerçeve (MOF) malzemeleri sentezlenmiştir. Membranların yüzey modifikasyonu, polidopamin kaplaması ve etilendiamin (EDA) ile süksinik anhidrit (SA) kullanılarak MOF entegrasyonu yoluyla gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar, membran-MOF etkileşimini artırmak ve membranların seçiciliğini ve genel fonksiyonel performansını iyileştirmek amacıyla yapılmıştır. AEM polimer jelinin hidrofobik doğası ile MOF'un hidrofilik doğası nedeniyle, MOF'un anyon değiştirici membran jeline eklenmesi agregasyona yol açabilir ve bu da monovalent seçiciliğin gösterimini engelleyebilir. Bu nedenle, bu çalışmada yenilik olarak, MOF'un naftoksazin adı verilen polisiklik aromatik polimer bağlayıcı olarak kullanılarak karışık matrisli membran (MMM) yöntemi ile anyon değiştirici membranlara entegre edilmesi denenmiştir. Amaç, MOF'un naftoksazin ile kaplanması yoluyla AEM polimer jeli ile MOF arasında daha iyi bir affinite sağlamak ve böylece daha iyi dağılımını sağlamaktadır. Bu çalışmada, anyon değiştirici membranların iyon değişim kapasitesi, şişme derecesi, monovalent iyon seçiciliği, permselektivite ve sabit yük yoğunlukları gibi çeşitli karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, MOF, polisiklik aromatik polimer ve MMM anyon değiştiri membranlar için SEM, FE-SEM, TGA, BET ve XRD teknikleri kullanılarak karakterizasyonlar yapılmıştır. Son olarak, sentezlenen membranlarla RED çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Optimize edilmiş ve MOF kaplanmış membranlarla yapılan RED deneyleri, tuzluluk gradyanı enerji üretiminde performans artışı göstermiştir. MOF'ların ve MOF kaplanmış siyah parçacıkların membrana entegrasyonu, membranın monovalent seçiciliğini önemli ölçüde artırmış ve sürdürülebilir enerji üretimi potansiyelini ortaya koymuştur. Bu araştırma, membran teknolojisinde önemli bir ilerleme sunmakta olup verimli ve sürdürülebilir enerji üretim sistemlerinin geliştirilmesine yol açacak bir çalışmadır.
Özet (Çeviri)
The demand for sustainable and renewable energy sources has driven research into salinity gradient energy production, also known as blue energy. This thesis study aims to synthesize polyepiclorohydrine (PECH)- based anion exchange membranes (AEM) in a lab-scale for energy production with the reverse electrodialysis (RED) system. PECH-based AEMs were initially prepared using the solvent evaporation method. The effects of temperature, active/inert polymer (PECH/PAN) ratio, and active polymer/crosslinking agent (PECH/DABCO) ratio on membrane properties were systematically studied. The synthesized membranes' ion exchange capacity, water uptake, and fixed charge densities were evaluated, and the most effective membrane was selected based on these parameters. In this thesis study, Zr-based (UiO-66-2) metal organic framework (MOF) materials were synthesized using different methods. Surface modification of membranes was carried out through polydopamine coating and MOF integration using ethylenediamine (EDA) and succinic anhydride (SA). These studies were conducted to enhance membrane-MOF interactions and improve the selectivity and Due to the hydrophobic nature of AEM solution and the hydrophilic nature of MOF, the addition of MOF to AEM solution may lead to aggregation, potentially hindering the demonstration of monovalent selectivity. Therefore, as an innovation, this study attempted to the integration of MOF into AEMs using black particles, i.e., polycyclic aromatic polymers (naphthoxazine) as a binder by using a mixed matrix method (MMM). The objective is to enhance the affinity between the AEM polymer gel and MOF by coating the MOF with a naphthoxazine, thereby facilitating improved dispersibility. In this study, various characterizations were conducted for the AEMs, including the determination of ion exchange capacity, swelling degree, monovalent ion selectivity, permselectivity, and fixed charged densities of the synthesized membranes. Additionally, characterizations were performed for the MOF, polycyclic aromatic polymer, and doped mixed matrix composite AEMs using SEM, FE-SEM, TGA, BET, and XRD techniques. Finally, RED studies were conducted with the synthesized membranes. RED experiments using the optimized and MOF-coated membranes showed enhanced performance in salinity gradient energy production. The integration of MOFs and MOF-coated black particles significantly improved membrane monovalent selectivity, demonstrating their potential for sustainable energy generation. This research presents a substantial advancement in membrane technology and will lead to the development of efficient and sustainable energy production systems.
Benzer Tezler
- Kimyasal ve elektrokimyasal yöntemlerle iletken polimerlerin sentezi ve membran uygulamaları
Synthesis of conducting polymers by chemically and electrochemically methods and membrane applications
KAMİLE COŞKUN
- Colloidal synthesis of ag(i)-doped cdse nanoplatelets with partial cation exchange method
Gümüş-katkılı cdse nanolevhaların kısmi katyon değişimi metodu ile kolloidal sentezi
İRFAN SELİM BOZDOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Synthesis, characterization, and functionalization of iron mof by graphene quantum dots utilizing moringa oleifera plant extracts
Moringa oleifera bitki özleri kullanılarak grafen kuantum noktaları ile demir mof lerin sentezi, karakterizasyonu ve işlevselleştirilmesi
JONATHAN NYAN KULAH
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilim ve Teknolojiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. AHMET AYKAÇ
- Charged functionalized semi-ipn nanocomposite materials with enhanced physico-chemical properties
Gelişmiş fizikokimyasal özelliklere sahip fonksiyonel yarı-ıpn nanokompozit malzemeler
KÜBRA KARA ERSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NERMİN ORAKDÖĞEN
- Heterofonksiyonlu polidendat P(III) ligandların sentezi, karakterizasyonu ve katalitik etkilerinin araştırılması
Synthesis and characterization of heterofunctional polydendate P(III) ligands and investigation of their catalytic activities
MURAT AYDEMİR
