10158953 incorporation into ZIF-8: Gas storage and separation performance

Gaz depolama ve gaz ayrımı, enerji probleminin üstesinden gelebilme konusunda önemli bir rol oynamaktadır. CH4 ve CO2 doğalgazda bulunmakta ve CH4 diğer fosil yakıtlara oranla daha temiz bir enerji kaynağı olarak kabul edilirken, CO2 ise boru hatlarına zarar veren ve doğalgazın enerji içeriğini azaltan bir gaz olarak bilinmektedir. Metal organik yapılar (MOF), bu gazların depolanmasında ve birbirinden ve diğer gaz karışımlarından ayrımında kullanılan önemli malzemelerdir. MOF'lar bu konuda gelecek vadeden malzemeler olduğundan, daha iyi depolama kapasitesine ve daha iyi ayırma performansına ulaşmak için MOF'ların yapıları ve modifikasyonu ile ilgili çalışmalar sürmektedir. Bu tez çalışmasının ilk bölümünde, iyonik sıvıların farklı yüklemelerde MOF'ların gözeneklerine yerleştirilmesi incelenmiştir. Hazırlanan [BMIM][BF4]/ZIF-8 örnekleri XRD, BET, FT-IR ve SEM gibi farklı deneysel teknikler kullanılarak karakterize edilmiştir. Gaz depolama performansları volumetrik analiz kullanılarak ölçülmüş ve ideal seçicilikleri hesaplanarak gaz ayrım performansları bulunmuştur. Her bir örnekte İyonik Sıvı ve MOF arasındaki etkileşimden dolayı saf MOF'a göre farklı depolama kapasiteleri olduğu gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlar kütlece %30 yüklemeli hibrit malzemelerin, 0,1 bar'da CO2/CH4 ve CO2/N2 seçiciliklerinin sırasıyla 2,2'den 4'e ve 6,5'tan 13,3'e yükselmesinden dolayı bu gaz ayrımlarında gelecek vadeden malzemeler olduğunu göstermektedir. Kütlece %20 yüklemeli hibrit malzemenin ise CO2 tutma kapasitesinin 0,1 bar'da %9 artışı, bu malzemenin depolama uygulamaları için uygun olduğunu göstermektedir. İkinci bölümde, ilk bölümde elde edilen bilgiler ışığında hibrit malzemelerin farklı kombinasyonları incelenmiştir. Aynı karakterizasyon teknikleri kullanılmış ve iyonik sıvı-MOF arasındaki etkileşimler ile gaz tutma ve ayırma performansları arasındaki ilişki araştırılmıştır. Bunun yanı sıra, ZIF-8 tavlama işlemi ile modifiye edilmiş ve CH4, CO2 ve N2 gazlarının statik tutma kapasiteleri ile gaz ayırma performansları üzerindeki etkisi araştırılmıştır. MOF'ların gözeneklerine iyonik sıvı hapsedilmesi gaz tutma ve ayırma işlemlerinde iyileştirme sağlamaktadır. Sonuçlar bu malzemelerin doğalgaz ve baca gazı arıtmasında kullanılabileceğini ve enerji problemi için çözüm olabileceğini göstermiştir.