Molecular modeling of mof membranes and polymer/MOF mixed matrix membranes for gas separations

Polimer membranlar, kolay üretimleri ve düşük maliyetleri sebebiyle gaz karışımlarını ayırma işlemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Fakat polimer membranlarda gaz seçiciliği ve geçirgenliği arasında ters bir ilişki bulunmaktadır. Son yirmi yıldır, seçicilik/geçirgenlik ters ilişkisini aşabilmek için polimer olmayan malzemeler ile polimerler kullanarak hibrit membran geliştirmeye yönelik artan bir ilgi vardır. Nanogözenekli malzemelerin yeni bir sınıfı olan metal-organik yapılı sistemler (MOF), geniş yüzey alanları ve karakteristik gözenekleri nedeniyle hibrit membran üretiminde polimer olmayan malzemeler olarak kullanıldıklarında ümit vermektedirler. Son yıllarda, MOF ile polimerleri birleştirerek hibrit membranlar sentezlenmiştir ve yüksek gaz ayırma performanslı hibrit membranlar elde edilmiştir. Fakat çok sayıda MOF'un bulunması sebebiyle, uygun olan MOF'u dolgu malzemesi olarak hibrit membran uygulamalarında seçmek oldukça zordur. Bu nedenle, teorik modeller uygun polimer/MOF kombinasyonunu deneysel çalışmalardan önce tahmin etmede önemli bir rol oynamaktadır. Bu tezde, polimerlerde dolgu malzemesi olarak kullanılan MOFları seçmek için hesaplamalı yöntemler kullanılmıştır. Teorik geçirgenlik modellerinin geçerliliği, CO2/CH4 ve H2/CH4 ayırımı için, modellerden elde edilen sonuçlar ile deneysel ölçümlerin karşılaştırılmasıyla test edilmiştir. Atomik simülasyon tekniklerini ve teorik geçirgenlik modellerini birleştirerek yeni MOF dolgulu hibrit membranların performansları hesaplanmıştır. Bu tezde elde edilen sonuçlar uygun MOF/polimer kombinasyonunun seçilmesiyle oluşturulan hibrit membranların CO2 ve H2 seçicilik ve geçirgenliğinin, saf polimer membranlara kıyasla önemli ölçüde arttığını kanıtlamıştır. Bu tezde MOFları hızlı ve etkili bir şekilde taramak için tanımlanan metotlar, CO2/CH4 ve H2/CH4 ayırımı için yüksek performanslı hibrit membran üretmede kullanılacak en iyi MOF/polimer çiftini bulmada kavramsal ipuçları sağlayacaktır.