Nanotanelerden silikalit-1 sentezinin mekanizmasının araştırılması
Investigation of silicalite-1 synthesis mechanism from nanoparticles
Yazar: BEGÜM TOKAY
Danışman: PROF.DR. AYŞE ERDEM ŞENATALAR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Nanopartiküller = Nanoparticles

Özet:
Silikalit-1 sentez karısımlarında baslangıçta olusan nanotaneciklerin çekirdeklenme vekristal büyümesi süreçlerindeki rolleri bilinmemektedir. Bu çalısmada, farklı reaksiyonkarısımı bilesimlerinin, silikalit-1 kristalizasyon süreci ve ürün özellikleri üzerindekietkilerinin incelenmesi ve sentez sırasında meydana gelen olayların ayrıntılı olarakizlenmesi yoluyla çekirdeklenme ve tanecik büyümesi süreçlerinin aydınlatılması içinxTPAOH-yH2O-25SiO2 (x=3?9; y=480?5000) bilesimlerinde sentez çözeltilerikullanılarak, 100°C'de deneyler yapılmı stır. Tanecik boyutları ve boyut dağılımlarınınzamanla değisimlerinin izlenmesi için dinamik ısık saçılımı (DLS) yönteminden, fazanalizleri için x-ısını kırınımından (XRD), fonksiyonel grupların belirlenmesi için deFourier Transform Infrared spektroskopisinden (FTIR) yararlanılmıstır. TPA+katyonunun örneklerin yapılarındaki yerinin belirlenmesi için termal gravimetrik analiz(TGA) uygulanmıstır. Azot adsorpsiyonu ile örneklerin mikrogözenek hacimleri vegözenek boyutu dağılımları belirlenmis, atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ilebilesimlere ait son ürünlerin boyutları ve morfolojileri görüntülenmistirSentezin basında çözeltide bulunduğu belirlenen, ortalama boyutları bilesime bağlıolarak 2-4 nm arasında değisen taneciklerin, sıcaklığın artırılmasıyla kısa bir süreiçinde, yerlerini ortalama boyutları bilesime bağlı olarak 5-20 nm arasında değisentaneciklerden olusan ikinci bir popülasyona bıraktığı görülmüstür. Bu popülasyonunortalama tane boyutunun belirli bir süre boyunca sabit kaldığı, ancak bu süre içindetanelerin bilesimleri ve yapılarının değistiği belirlenmistir. Daha sonra yine bilesimebağlı olarak değisen sürelerde ortalama boyutlar aniden artmıs ve ortaya lineer olarakbüyümeye baslayan üçüncü bir tane popülasyonu çıkmıstır. XRD ve TGA sonuçlarıkristalinitenin ilk belirtilerinin bu noktada olustuğunu göstermistir. Büyümemekanizması olarak tanecik eklenmesinin geçerli olduğunu göstermis, diğer analizlerde bu sonucu doğrulamıstır.Anahtar Kelimeler: silikalit?1 sentezi, çekirdeklenme ve büyüme mekanizmaları,nanotaneler

Abstract:
The roles of nanoparticles, formed at the very beginning in silicalite-1 synthesismixtures, in nucleation and crystal growth processes are not well-known. In this study,experiments were performed at 100°C using reaction mixtures with compositions ofxTPAOH-yH2O-25SiO2 (x=3?9; y=480?5000) to shed light on the processes ofnucleation and crystal growth via investigation of the effects of reaction mixturecomposition on silicalite-1 crystallization and product properties and also by studyingin detail the events taking place during synthesis. Dynamic light scattering technique(DLS) was used to observe the variation of particle size and size distribution with time,X-ray diffraction (XRD) was used for phase identification and fourier transform infraredspectroscopy (FTIR) was utilized to determine the functional groups. Thermalgravimetric analyses were performed to determine the position of the TPA+ cation inthe structures of the samples. The micropore volume and the pore size distribution ofthe samples were determined by nitrogen adsorption while the sizes andmorphologies of the final products obtained from different compositions were imagedby atomic force microscopy (AFM).It was observed that the particles present in the solution at the beginning of thesynthesis, having an average size varying between 2-4 nm depending on thecomposition used, were replaced by a second population consisting of particles withan average size varying between 5-20 nm, shortly after the temperature was increased.It was determined that the average particle size of this population remained constantfor some period while the compositions and structures of the particles changed.Afterwards, a sudden increase was observed in the particle size which occurred atdifferent times for different compositions used, giving rise to a third populationgrowing at a constant rate. XRD and TGA results indicated that the first indications ofcrystallinity appeared at this point. The basic growth mechanism involved particleaddition.Keywords: silicalite?1 synthesis, nucleation and growth mechanisms, nanoparticles