Modifiye edilmiş manyetik nanopartiküller içeren polihıpe kompozitlerin hazırlanması ve ısıl enerji depolama uygulamaları
Preparation of polyhipe composites containing modified magnetic nanoparticles and thermal energy storage applications
Yazar: GÜRKAN CAN
Danışman: DOÇ. DR. HATİCE HANDE MERT
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Enerji depolama = Energy storage ; Faz değişimi = Phase change ; Manyetik nanopartiküller = Magnetic nanoparticles

Özet:
Faz Değiştiren Maddeler (FDMler), ısıl enerji depolama amaçlı kullanılabilen, sabit sıcaklıkta faz geçişiyle ortamdaki ısıyı alarak ya da ortama vererek ısıl konforun sürekliliğini sağlayan maddelerdir. Bu malzemelerin faz geçişi esnasında katıdan sıvıya ya da sıvıdan katıya dönüşümleri söz konusu olduğundan akma, sızma, bulaşma sorunları ve büyük hacim değişimleri nedeniyle enerji dönüşüm proseslerinde doğrudan kullanılmaları uygun değildir. FDMler her ne kadar yüksek enerji depolama kapasitesine sahip olsalar da uygulamada karşılaşılan sızdırma problemi ve düşük ısıl iletkenlikleri nedeniyle performansları önemli oranda kısıtlanmaktadır. Bu nedenle son yıllarda kullanılan yaklaşım bu malzemeleri uygun destek malzemesine hapsetmek suretiyle şekilce (yapıca) kararlı FDMler oluşturmaktır. Bu sayede bu malzemelerin ısıl iletkenlik, kimyasal kararlılık, alev direnci gibi birçok özelliğini de iyileştirmek mümkün olmaktadır.
Bu tez çalışmasında, FDM olarak n-heptadekanın impregnasyonu için destek malzeme olarak demir oksit (Fe3O4) nanoparçacıkları içeren polimerize edilmiş yüksek iç fazlı emülsiyon (poliHIPE) köpüklerin tasarımı, hazırlanması ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Fe3O4 nanoparçacıkları, mekanik destekli birlikte çöktürme yöntemiyle sentezlenmiş ve emülsiyon sistemi ile uyumlaştırmak için modifiye edilmiştir. Demir oksit katkılı destek malzemeleri, emülsiyon kalıplama stratejisi ile hazırlanmış ve üretilen polimerik köpükler, şekilce kararlı n-heptadekan bazlı kompozit FDMlerin hazırlanması için kullanılmıştır. Üretilen kompozit FDMnin toplam gizli ısı değeri, diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) analizi ile 99,6 J/g olarak belirlenirken, n-heptadekanın impregnasyon oranı %67 olarak bulunmuştur. Ayrıca kompozit FDMnin performansı, sızıntı ve ısıl davranış testleri ile araştırılmıştır. Analiz sonucuna göre, şekilce kararlı n-heptadekan bazlı kompozit FDMin düşük sıcaklıktaki gizli ısı depolama uygulamaları için umut verici enerji malzemesi olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Phase Change Materials (PCMs) are materials that can be used for thermal energy storage and provide the continuity of thermal comfort by taking the heat from the environment with a constant temperature or giving it to the environment. Since these materials transform from solid to liquid or from liquid to solid during the phase transition, they are not suitable for direct use in energy conversion processes due to leakage, contamination problems and large volume changes. Although PCMs have high energy storage capacity, their performance is significantly restricted due to leakage problems and low thermal conductivity encountered in practice. For this reason, the approach used in recent years is to form shape stabilized PCMs by trapping these materials in the appropriate support material. In this way, it is possible to improve many properties of these materials such as thermal conductivity, chemical stability, flame resistance etc.
This thesis study based on design, preparation and characterization of polymerized high internal phase emulsion (polyHIPE) foams as support materials containing iron oxide (Fe3O4) nanoparticles for impregnation of n-heptadecane as phase change material (PCM). The Fe3O4 nanoparticles were synthesized mechanically assisted co-precipitation method and modified for harmonization with the emulsion system. Fe3O4 nanoparticles doped support materials were prepared via emulsion-templated strategy, and the produced polymeric foams used for preparation of shape-stabilized n-heptadecane based composite PCMs. The total latent heat of produced composite PCM was determined as 99.6 J/g by differential scanning calorimetry (DSC) analysis, while the impregnation ratio of n-heptadecane was found to be 67%. The performance of composite PCM was also investigated via leakage and thermal behaviour tests. Based on the analysis result, it was determined that shape-stabilized n-heptadecane based composite PCMs are promising energy materials for low temperature latent heat storage applications.