Spectroscopic investigations of high pressure fluids
Yüksek basınçlı akışkanların spektroskopik yöntemlerle incelenmesi
- Tez No: 994239
- Danışmanlar: PROF. DR. MARTYN POLIAKOFF
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: The Unıversıty Of Nottıngham
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
H₂O ve CO₂ gibi yüksek basınçlı akışkanlar, endüstriyel ölçekte giderek artan sayıda uygulama alanı bulmakta olup, bu artışın gelecekte de devam etmesi beklenmektedir. Bu nedenle, bu yüksek basınçlı ortamların reaksiyon mekanizmalarının ve faz davranışlarının anlaşılması, proseslerin ölçek büyütülmesi ve verimli kimyasal tesislerin kurulması açısından kritik öneme sahiptir. Bu tez çalışması, yüksek basınçlı akışkanların incelenmesi amacıyla spektroskopinin, daha spesifik olarak Golden Gate ATR tekniğinin, geliştirilmesi ve uygulanması üzerine odaklanmaktadır. Söz konusu teknik, hem reaksiyon izleme çalışmalarında hem de yüksek basınçlı H₂O ve CO₂ sistemlerinin faz davranışlarının araştırılmasında uygulanmıştır. Bölüm 1'de, Yeşil Kimya kavramına ilişkin genel bir arka plan sunulmakta ve bu yaklaşımın geleneksel kimyaya alternatif olarak sunduğu olanaklar ele alınmaktadır. Yüksek basınçlı akışkanların incelenmesinde infrared spektroskopinin kullanımı tartışılmakta; ayrıca iç yansıma spektroskopisi ile transmisyon spektroskopisi arasındaki temel farklar açıklanmaktadır. Bu tez kapsamında gerçekleştirilen deneyler yüksek basınç koşullarında yürütüldüğünden, deneylerin her aşamasında güvenlik konularının dikkate alınması gerekmektedir. Bölüm 2'de, tez boyunca kullanılan ekipmanların teknik özellikleri ve uygulanan deneysel yaklaşımlar ile birlikte standart bir çalışma prosedürü sunulmaktadır. Bölüm 3'te, kullanılan deney hücresine ilişkin ek tasarım geliştirmeleri ile birlikte başlangıç testleri gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda, hücrenin su ile sızdırmazlık testleri yapılmış ve ekipmanın yüksek sıcaklıklardaki hassasiyeti incelenmiştir. Ayrıca, kullanılan tekniğin sınırlılıklarını daha iyi anlayabilmek amacıyla asetonitrilin hidrolizi, farklı sıcaklık ve basınç koşullarında araştırılmıştır. Son olarak, ilave bir katalizör kullanılmaksızın suda ɛ-kaprolaktam oluşumu, Golden Gate ATR-FTIR tekniği kullanılarak incelenmiştir. Bölüm 3'te açıklanan reaksiyon izleme çalışmalarına ek olarak, EtOH + H₂O ikili karışımlarının çiğlenme ve kabarcık noktalarının belirlenmesi amacıyla tekniğin sentetik dinamik bir yöntem olarak etkinliği araştırılmış ve ayrıntılı olarak Bölüm 4'te tartışılmıştır. Yüksek basınçlı ortamların incelenmesi için araştırma grubumuzda geliştirilen yöntemlerden biri basınç düşüşü yöntemidir. CH₃CN + H₂O gibi reaksiyona girebilen karışımların faz davranışını incelemek amacıyla bu sistem, reaksiyonun gerçekleşmesini önlemek için düşük kalış süresi sağlanan PEEK™ kapiler paslanmaz çelik tüp kullanılarak araştırılmıştır. Ayrıca 2-propanol tek bileşenli sisteminde sonuçların tekrarlanabilirliği ve 2-propanol + su ikili karışımının çiy ve kabarcık noktalarının belirlenmesi basınç düşüşü yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Bölüm 6'da, Karbon Yakalama ve Depolama (Carbon Capture and Storage – CCS) projesi kapsamında Golden Gate ATR-FTIR tekniği kullanılarak CO₂ içinde suyun çözünürlüğü araştırılmıştır. Yüksek basınçlı CO₂ ortamında su çözünürlüğünü ölçmeye yönelik ilk sentetik dinamik yöntem geliştirilmiştir. Ayrıca bu bölümde, tekniğin γ-valerolakton (GVL) + H₂O + CO₂ gibi üçlü sistemlere uygulanabilirliği de araştırılmıştır. Son olarak, Bölüm 7'de bu tez çalışmasında elde edilen başlıca bilimsel kazanımlar özetlenmiş; çalışma süresince karşılaşılan zorluklar tartışılmış ve araştırmanın gelecekte daha ileriye taşınmasına katkı sağlayabilecek öneriler sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
High pressure fluids, such as H2O and CO2, are finding an increasing number of applications on an industrial scale and this increase is set to continue. Hence, understanding the reaction mechanisms and phase behaviour of these high pressure media is of critical importance for the scale-up of processes and the construction of efficient chemical plants. This Thesis is centred on the development and application of vibrational spectroscopy, more specifically the Golden Gate ATR technique, for the study of high pressure fluids. This technique has been applied both to reaction monitoring and phase behaviour studies of high pressure H2O and CO2 systems. Chapter 1 outlines a general background concerning Green Chemistry, and what it offers as a replacement to traditional chemistry. The use of vibrational spectroscopy for the study of high pressure fluids is discussed, together with a description of the fundamental differences between internal reflection spectroscopy and transmission spectroscopy. This Thesis includes high pressure experiments, where safety concerns must be taken into account at every stage of the experiments conducted. Chapter 2 introduces a standard operating procedure in addition to the equipment specifications used and experimental concepts applied throughout this Thesis. In Chapter 3, the additional design of the cell which was implemented, as well as initial tests, such as a leak test of the cell with water and a study of the sensitivity of the equipment at high temperatures, was carried out. The hydrolysis of acetonitrile, to allow an understanding of the drawbacks of the technique, was studied across a range of temperatures and pressures. Finally, the formation of ɛ- Caprolactam in water, using no additional catalyst, was investigated using the Golden Gate ATR-FTIR. In addition to the reaction monitoring studies described in Chapter 3, the efficiency of the technique as a synthetic dynamic method for the detection of both the dew and bubble points of binary mixtures of EtOH + H2O was explored, with a detailed discussion in Chapter 4. The pressure drop method is one of the methods developed for the study of high pressure media in our group. To understand the phase behaviour of reacting mixtures, such as CH3CN + H2O, this mixture was investigated using a PEEK™ capillary stainless steel tube, where the residence time was kept low to avoid the reaction between CH3CN and H2O. The reproducibility of the results for the single system of 2-propanol and the detection of the dew and bubble points of a binary mixture of 2-propanol and water, using the pressure drop method, was studied. Chapter 6 covers water solubility studies in CO2 using the Golden Gate ATR-FTIR, in the scope of the Carbon Capture and Storage project. The first synthetic dynamic method to measure water solubility in high pressure CO2 was developed. In addition to this, the efficiency of the technique for the application to ternary systems, such as the gamma-Valerolactone (GVL) + H2O + CO2 mixture, was explored in this Chapter. Finally, a general conclusion which summarises the achievements of the work outlined in this Thesis, together with the problems which have been faced over the last few years, is outlined in Chapter 7, as well as ideas for the future which could drive this project further.
Benzer Tezler
- Marmara denizinde karbonat kabuk ve bacalarının ortam ve oluşum koşullarının araştırılması
Investigations of the environmental and conditions of formation of carbonate crusts and chimneys
GÜLİZ YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEMET NAMIK ÇAĞATAY
- Metamorphic evolution of the Elekdag eclogites (central pontides)
Elekdağ ofiyolitlerinin (orta pontidler) metamorfik evrimi
THEODORE DOUGLAS BURLICK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKatı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN TOPUZ
- Multiphase flow displacement application of novel green nanoparticle synthesis in glycerol and reconfigurable nanoemulsions in reservoir-on-a-chip
Gliserol içerisinde yeni yeşil nanoparçacık sentezinin ve yeniden şekillendirilebilir nanoemülsiyonların çip-üstü-rezervuar platformunda çok fazlı akışa uygulanması
ROBAB JAHANGIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜLEND ORTAÇ
DR. ÖĞR. ÜYESİ GURKAN YESILOZ
- Investigation of the effects of reactants on the performance of tissue adhesive formulations
Doku yapıştırıcılarının formülasyonunda reaktanların performansa katkısının belirlenmesi
EDA ALTAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE BANU KOCAAĞA
- Süperkritik akışkan desteli sentez ve mıld sentezi yöntemikullanılarak ti-mxene sentezi, karakterizasyonu ve süperkapasitöruygulamalarının incelenmesi
Synthesis, characterization, and investigation of supercapacitorperformances of titanium-based mxene via mild and supercriticalfluid-assisted methods
FURKAN BEBEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Fizik ve Fizik MühendisliğiOsmaniye Korkut Ata ÜniversitesiBatarya Sistemleri ve Hidrojen Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜSLÜM DEMİR