Geniş metal destekler üzerinde zeolit kaplamalarının hazırlanması ve karakterizasyonu

Zeolitler, moleküler boyutta kanallar ve/veya kafesler içeren sulu, kristal yapılı alüminosilikat mineralleridir. Adsorban, iyon değiştirici ve katalizör olarak çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadırlar. Zeolit kaplamaların hazırlanması zeolitlerin kullanıldığı uygulamaları arttırmıştır. Zeolit kaplamalar, membran olarak ayırma işlemlerinde, katalizör olarak mikroreaktörlerde ve adsorban olarak soğutma/ısıtma uygulamalarında ve adsorpsiyonlu ısı pompalarında kullanılmaktadırlar. Farklı altlık türleri üzerinde hazırlanan zeolit kaplamalar, ısı ve kütle iletimini olumlu yönde etkilemektedir. Bu amaçla bölümümüz laboratuvarlarında geniş metal yüzeyler üzerinde kalın zeolit kaplamaların hazırlanması çalışılmaktadır. Kaplanması istenen altlığın doğrudan ısıtılıp, sentez karışımının soğutulması ile kalın zeolit kaplamalar hazırlanabilmektedir. Bu yöntemde, zeolit büyümesinin altlık üzerinde olması sağlanmaktadır. Bu çalışmada metal altlığın indüksiyon ile ısıtılması yöntemiyle zeolit kaplamalar hazırlanmıştır. Bu amaçla, indüksiyon cihazı, reaktör, kreostat ve pompadan oluşan bir deney sistemi kurulmuştur. Kurulan deney sisteminde, öncellikle sistem parametrelerinden indüksiyon gücü, debi, kreostat sıcaklığı ve metal elek türünün reaktör giriş ve çıkış sıcaklıklarına etkileri incelenmiştir. Daha sonra kaplama deneyleri gerçekleştirilmiş ve debi, indüksiyon gücü, sentez karışımı bileşimi ve metal elek türünün kaplama ağırlığı, dayanıklılık ve kristalinite üzerindeki etkileri incelenmiştir. Kaplamalardan alınan zeolit örneklerine termogravimetrik analiz (TGA) uygulanmış ve kristalinite tahmini yapılmıştır. Gerekli görüldüğünde X-ışını kırınımı (XRD) uygulanmış ve bu yolla elde edilen zeolit fazının saflığı ve kristalinitesi kontrol edilmiştir. Kullanılan sentez karışımı bileşiminin H2O ve Na2O içeriği ile SiO2/Al2O3 oranının azaltılması yoluyla kaplama ağırlığının (ve dolayısıyla da kalınlığının) ciddi miktarda artırılması sağlanmıştır. Ancak, karışım bileşimi jel bileşimlerine fazla yaklaştığında kaplama dayanıklılığının azaldığı görülmüştür. Debinin etkisinin incelenmesi için, denenenler arasından seçilen bileşimler kullanılarak yapılan deneylerde, debi artışının, hem kaplama ağırlığını, hem de kaplama dayanıklılığını artırdığı belirlenmiştir. Ancak, debinin artışıyla kaplamanın su tutma kapasitinde az da olsa bir miktar düşüş görülmüştür. Bu düşüş kaplamada, Zeolit X'in yanısıra az miktarda Zeolit A ve Zeolit P gibi fazların da bulunmasıyla ilgili olabilir. İndüksiyon gücünün artması ise kaplama ağırlığını olumlu, kaplamanın kristalinitesini olumsuz etkilemiştir. Çift katlı metal elek altlıklarda, dış tabakadaki tel kalınlığı inceldikçe, gerekli sentez sıcaklıklarına ulaşabilmek için indüksiyon gücünün artırılması gerekmiştir. Dış tabakadaki tel kalınlığındaki artışa paralel olarak, aynı reaktör giriş ve çıkış sıcaklıklarında elde edilen kaplama ağırlığı da bir miktar artmıştır.