SPEEK/KİTOSAN/IL kompozit yapılarının 1)PEM yakıt hücrelerinde proton değişim membran olarak kullanımı 2)müreksit adsorpsiyonunda kullanımı
The use of SPEEK/KİTOSAN/IL composite structures as 1)proton exchange membrane in PEM fuel cells 2)murexide adsorbent
Yazar: FATİH BAYIROĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MESUT YILMAZOĞLU
Yalova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya ve Süreç Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Endüstriyel ve teknolojik gelişmelerle birlikte artan enerji ihtiyacı, geleneksel enerji kaynaklarından olan fosil yakıtlara olan talebin artmasına neden olmaktadır. Bu artan talebe karşılık fosil yakıtların yaygın kullanımı ile hava kirliliği ve küresel ısınma gibi ciddi problemler ortaya çıkmaktadır. Polimer elektrolit membranlı yakıt hücreleri (PEMYH), alternatif enerji kaynakları arasında giderek önem kazanan yakıt hücrelerinin, hidrojeni yakıt olarak kullanan en önemli sınıfıdır. PEMYH sistemlerinde, kimyasal enerjinin doğrudan elektrik enerjisine dönüşümü gerçekleşmekte ve atık olarak yalnızca su ve ısı çıkışının gerçekleşmesi bu sistemleri çevre dostu enerji teknolojileri olarak öne çıkarmaktadır.
PEMYH sistemlerinde enerji dönüşüm verimliliğini etkileyen en önemli unsur, proton iletimini sağlayan polimer elektrolit membranlardır. PEMYH sistemlerinde, yaygın olarak kullanılan ticari membranlara alternatif, yüksek iyonik iletkenlik değerlerine ve termal/mekanik mukavamete sahip, düşük maliyetli membran yapılarının geliştirilmesi öncelikli araştırma konularından biridir.
Bu tez çalışmasında, ticari membranlara alternatif olacak sülfone polieter eter keton (SPEEK) ve biopolimer kitosan (CH) esaslı, iyonik sıvı (IL) katkılı polimer elektrolit membranların hazırlanması amaçlanmıştır. Hazırlanan kompozit membranların, yapısal, termal, morfolojik ve mekanik analizleri gerçekleştirilmiş, proton iletkenlikleri ve dielektrik karakterleri geniş bir sıcaklık ve frekans aralığında değerlendirilmiştir. Gerçekleştirilen termal ve mekanik analizler ile proton iletkenliği ve dielektrik ölçümleri, hazırlanan polimer elektrolitlerin, geniş sıcaklık aralığında yüksek proton iletkenlik değerleri ve termal/mekanik kararlılık sergilediğini ortaya koymuştur. Bu sonuçlar ışığında, tez kapsamında hazırlanan kompozit polimer elektrolitlerin PEMYH sistemlerinde, verimli, alternatif proton değişim membranları olarak kullanılabileceği düşünülmektedir. Ayrıca, CH içeren üçlü kompozitlerin, sulu çözeltilerden boyar madde adsorpsiyon prosesinde etkinliği de denenmiştir. Üçlü kompozit yapının, müreksit boyar madde giderimindeki düşük adsorpsiyon verimliliğine rağmen, metilen mavisi boyar madde adsorpsiyonunda yüksek giderim potansiyeli sergilediği ve PEMYH uygulamalarında etkin bir elektrolit alternatifi olmasının yanı sıra boyar madde gideriminde de verimli bir adsorban potansiyeli taşıdığı görülmüştür.

Abstract:
The increasing need for energy with industrial and technological developments causes an increase in the demand for fossil fuels from traditional energy sources. In response to this increasing demand, serious problems such as air pollution and global warming arise with the widespread use of fossil fuels. Due to the limited reserves and disadvantages of fossil fuels, it is inevitable to move towards cleaner and more efficient energy sources. Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) are the most important class of fuel cells that use hydrogen as fuel, which is becoming increasingly important among alternative energy sources. In PEMFC systems, chemical energy is directly transformed into electrical energy and only water and heat are released as waste, which highlights these systems as environmentally friendly energy technologies.
The most important factor affecting energy conversion efficiency in PEMFC systems is polymer electrolyte membranes that provide proton transport. In PEMFC systems, the development of low-cost membrane structures with high ionic conductivity and thermal/mechanical strengt is one of the primary research topics.
In this thesis, it is aimed to prepare sulphonated polyether ether ketone (SPEEK) and biopolymer chitosan (CH) based polymer electrolyte membranes with ionic liquid (IL) additives, which will be alternative to commercial membranes. Structural, thermal, morphological and mechanical analyzes of the prepared composite membranes were carried out and their proton conductivity and dielectric characteristics were evaluated in a wide range of temperatures and frequencies. The thermal and mechanical analysis and proton conductivity and dielectric measurements revealed that the prepared polymer electrolytes exhibit high proton conductivity values and thermal/mechanical stability in a wide temperature range. In the light of these results, it is thought that composite polymer electrolytes prepared within the scope of the thesis can be used as efficient, alternative proton exchange membranes in PEMFC systems. In addition, the effectiveness of CH-containing ternary composites in the dye adsorption process from aqueous solutions has been tested. Although polymer composite has low adsorption efficiency in murexide removal, it has been observed that CH-containing ternary composite has a high removal potential in methylene blue dye adsorption. CH-containing ternary composite is an effective electrolyte alternative in PEMFC applications as well as an efficient adsorbent potential in methylene blue dye removal.