Tuning gas adsorption and separation performances of ZIF-8 by [BMIM][PF6] incorporation

Doğal gaz, temel olarak metandan oluşan ve yüksek H/C oranına sahip olan, fosil yakıtlara kıyasla daha temiz bir enerji kaynağıdır. Doğal gazın yüksek yoğunlukta depolanması amacıyla sıkıştırılmış doğal gaz (CNG) ya da sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) yöntemleri kullanılmakta, ancak bu yöntemler hem maliyetli hem de düşük güvenlikli olmaktadır. Doğal gaz, içerisinde CO2 ve N2 gibi safsızlıklar bulundurmakta ve asidik yapıdaki CO2 korozyona ve düşük enerji yoğunluğuna neden olmaktadır. Ekonomik ve güvenli bir şekilde gaz depolama ve ayırma işlemlerinin gerçekleşebilmesi için yüksek kapasiteli adsorbent malzemeler kullanılmaktadır. Metal organik kafesli yapılar (MOFlar), yüksek yüzey alanı, yüksek gözeneklilik, düşük yoğunluk ve yüksek termal ve mekanik dayanklılık gibi özellikleri nedeniyle ilgi çeken, gözenekli adsorbent malzemelerdir. MOFların gaz depolama ve ayırma performanslarını geliştirmek için yapılarına iyonik sıvılar (ILler) katılması yeni bir yöntem olarak belirlenmiştir. Bu tezin ilk kısmında, imidazolyum temelli bir IL ([BMIM][PF6]), bir MOF'un (ZIF-8) içerisine katılmış ve IL ilavesinin MOF'un gaz yakalama ve ayırma performansı üzerine etkisi araştırılmıştır. Malzemelerdeki CO2, CH4 ve N2 gazlarının adsorpsiyon miktarları ölçülmüş ve malzemelerin simülasyonları ve yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamaları yapılmışır. Sonuçlara göre IL-MOF arasındaki etkileşimler, malzemelerin gazlara olan ilgisini düşük basınçta etkilemektedir. IL-MOF arasındaki direkt etkileşimler, saf ZIF-8'in CO2/CH4 ve CO2/N2 seçiciliklerini en az iki katına çıkarmıştır. İkinci kısımda, 5 farklı fosfonyum temelli IL ([P4444][TOS], [P4441][MeSO4], [P(14)666][TMPP], [P(14)666][Br], and [P(14)666][DCA]) ZIF-8 içerisine, [P(14)666][DCA] ise CuBTC içerisine katılmıştır. Amaç, farklı IL ve MOF ailelerinin gaz yakalama ve ayırma performansları üzerindeki etkisini araştırmak ve IL/MOF kompozit malzemeleri hakkındaki bilgi birikimini arttırmaktır. Aynı gas adsorpsiyonu ölçümleri, fosfonyum temelli IL/MOF kompozit malzemeleri için tekrarlanmıştır. Sonuçlar fosfonyum temelli IL'lerin MOF'ların gaz yakalama performanslarını arttırırken gaz ayırma performansları üzerinde önemli bir etkisi olmadığını göstermiştir. Bu sonuçlar, MOF'ların yapısına IL'lerin katılmasının MOF'ların gaz yakalama ve ayırma performanslarını iyileştirdiğini göstermektedir. Bu çalışmadan elde edilen sonuçların yardımıyla değişik IL'ler ve MOF'lar kullanılarak IL/MOF kompozit malzemelerinin sayılarını arttırmak ve bu malzemeleri farklı gaz ayırma uygulamalarında kullanmak mümkündür.