Karbondioksitin tutulması için mikrokapsül sentezi ve karakterizasyon çalışmaları
Microcapsule synthesis for carbondioxide capture and characterization studies
- Tez No: 974778
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FUNDA TURGUT BAŞOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mikrokapsüller, kimyasal adsorpsiyon ve fiziksel adsorpsiyonu birleştirerek CO₂'yi etkin bir şekilde yakalar ve kontrollü reaksiyonlar sağlar. Mevcut alternatiflerden daha güvenli ve verimli olup, büyük ölçekli karbon tutulmasında umut verici bir malzeme olabilir. Mikrokapsüller, CO₂'yi seçici olarak yakalayan malzemeler içeren çekirdek-kabuk yapısına sahiptir. Emülsiyon polimerizasyonu, mikrokapsüllerin sentezinde tercih edilen yöntemdir ve bu süreçte çekirdek malzemesi (örneğin, 2-amino-2-metil-1-propanol, AMP), bir yağ fazında dağıtılır ve kabuk malzemesinin polimerizasyonu damlacıkların etrafında gerçekleşir. Bu yöntemle mikrokapsüllerin boyutu, dağılımı, kabuk kalınlığı ve kapsülleme verimliliği kontrol edilebilir. Bu çalışmada çekirdek sorbent olarak AMP, N-Metil-2-Poliridon (NMP) kullanılmıştır. AMP düşük viskoziteli ve yüksek CO₂ absorpsiyon kapasitesine sahip bir malzeme olup, NMP polimerlerin çözülmesini kolaylaştırır. Tetreatil Ortosilikat (TEOS) ise kabuğu oluşturan silika kaynağıdır. Sentez parametreleri; çekirdek materyal miktarının Silisyuma oranı, karıştırma hızı, çözelti sıcaklığı vb., mikrokapsül oluşumu ve yapısal özellikler üzerindeki etkileri belirlemek için değiştirilmiştir. Mikrokapsüllerin yapısal özelliklerini karakterizasyon çalışmaları ile belirlemek için X-Işını kırınım desenleri, azot adsorpsiyon desorpsiyon izotermlerinden faydalanılmıştır. Yapıdaki elementlerin formları ve BET yüzey alanları, gözenek hacim ve alanları, gözeneklerin ortalama çapları belirlenmiştir. Yapıdaki fonksiyonel gruplar için FTIR analizleri ve XPS analizleri gerçekleştirilmiştir. Partikül boyut analizi ile mikrokapsüllerin boyutları değerlendirilmiştir. Termal kararlılık için TGA analizlerinden faydalanılmıştır. SEM görüntüleri ile yapının morfolojisi ve mikrokapsüllerin oluşumu değerlendirilmiştir. Bu numunelere ait izoterm davranışının ise BDDT (Brunauer-Deming-Deming-Teller) sınıflandırması içerisinde, yapısında mezogözenek içeren katılara ait adsorbsiyon/desorpsiyon izoterm davranışını gösteren, IV. tip izoterme benzerlik gösterdiği belirlenmiştir Histeresis oluşumu, mezogözenekli yapıdan dolayıdır. AMP ve NMP içeren örneklerin adsorplanan azot gaz hacimleri 300-750 cm3/g civarında iken yalnızca AMP içeren örnekler için adsorplanan azot gaz hacmi ~950 cm3/g olarak elde edilmiştir. Çok nokta BET yüzey alanı AMP ve NMP içeren örneklerde 450-700 m²/g civarında elde edilirken sadece AMP içeren örneğin BET yüzey alanı yaklaşık 622 m²/g olarak elde edilmiştir. Örneklerin BJH metodu ile elde edilen ortalama mezogözenek boyutları 33-136 Å aralığında elde edilmiştir. SEM görüntüleri incelendiğinde, AMP ve NMP içeren örneklerde de sadece AMP içeren örneklerde de düzgün yapılı homojen dağılımlı mikrokapsüllerin oluştuğu anlaşılmıştır. Sadece AMP içeren mikrokapsülün 1200C de karbondioksit tutma kapasitesi 4,24 mmol CO2/g sorbent olarak elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Microcapsules combine chemical and physical adsorption to efficiently capture CO₂ and enable controlled reactions. They offer a safer and more efficient alternative to existing methods and hold promise for large-scale carbon capture applications. These microcapsules have a core–shell structure containing materials that selectively capture CO₂. Emulsion polymerization is the preferred method for synthesizing microcapsules. In this process, the core material (e.g., 2-amino-2-methyl-1-propanol, AMP) is dispersed in an oil phase, and the shell material polymerizes around the droplets. This method allows control over microcapsule size, distribution, shell thickness, and encapsulation efficiency. In this study, AMP and N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) were used as core sorbents. AMP is a low-viscosity material with high CO₂ absorption capacity, while NMP facilitates polymer dissolution. Tetraethyl orthosilicate (TEOS) served as the silica source forming the shell. Synthesis parameters such as the core-to-silicon ratio, stirring rate, and solution temperature were varied to evaluate their effects on microcapsule formation and structural properties. To determine the structural properties of the microcapsules, characterization studies were conducted using X-ray diffraction patterns and nitrogen adsorption–desorption isotherms. Elemental forms, BET surface areas, pore volumes and surface areas, and average pore diameters were identified. Functional groups in the structure were examined using FTIR and XPS analyses. Particle size analysis was used to evaluate the microcapsule sizes, and TGA analyses were conducted to assess thermal stability. SEM images were used to evaluate the morphology and formation of microcapsules. The isotherm behavior of these samples was found to resemble Type IV isotherms, which indicate the presence of mesoporous materials, according to the BDDT (Brunauer-Deming-Deming-Teller) classification. The presence of hysteresis is attributed to the mesoporous structure. While the adsorbed nitrogen gas volumes of samples containing AMP and NMP were between 300-750 cm3/g, the adsorbed nitrogen gas volume for samples containing only AMP was around ~950 cm3/g. The multi-point BET surface area was found to be around 450–700 m²/g for the samples containing both AMP and NMP, while the sample containing only AMP exhibited a BET surface area of approximately 622 m²/g. The average mesopore sizes obtained by the BJH method ranged between 33–136 Å. SEM images showed that both AMP+NMP and AMP-only samples formed uniformly distributed microcapsules with smooth structures. The CO₂ capture capacity of the microcapsule containing only AMP was determined to be 4.24 mmol CO₂/g sorbent at 120 °C.
Benzer Tezler
- New analytical model for underground storage of natural gas with carbon dioxide as cushion gas and for sequestration of carbon dioxide
Doğal gazın yastık gaz olarak karbondioksit kullanılarak yeraltında depolanması ve karbondioksitin tutulması için yeni analitik model
EMEL GÖKGÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER İNANÇ TÜREYEN
- Alglerle karbondioksitin biyolojik olarak tutulması
Algal biofixation of carbondioxide
BERÇEM ELDELEKLİOĞLU DÜZOL
Doktora
Türkçe
2019
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE BAYRAKTAR
- Oksi yanma için geliştirilmiş yüksek basınç teknolojisiyle karbondioksit sıvılaştırma çalışmaları
High pressure carbon dioxide liquefaction technology studies generated for oxy-fuel combustion
HANDE ÇUKURLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN
- Eşzamanlı karbondioksit kullanımı ve hidrojen dönüşümü için nikel-demir bazlı katalizör üzerinde karbondioksitten metan eldesi
CO2 to methane over nickel-iron based catalyst for simultaneous CO2 utilization and hydrogen conversion
BUKET KAPLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER SARIOĞLAN
PROF. DR. ŞAHİKA SENA BAYAZİT
- Gemiler için çözücü bazlı karbon tutma sistemlerinin incelenmesi
An investigation on the solvent based carbon capture systems for ships
ENGİN GÜLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN