Doğal zeolit ve şekerden şablonlu sentez yöntemiyle gözenekli karbon eldesi ve karakterizasyonu
Templated synthesis and characterization of porous carbon from natural zeolite and sugar
Yazar: EMİNE SILA YİĞİT
Danışman: DOÇ. DR. FATMA TÜMSEK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, doğal zeolit şablon olarak ve ticari kristal toz şeker ise karbon kaynağı olarak kullanılmak üzere şablonlu sentez yöntemiyle gözenekli karbon materyallerin eldesi amaçlanmıştır. Gözenekli karbonların gözenek yapıları üzerine karbonizasyon sıcaklığı ve şeker derişimi gibi sentez parametrelerinin etkileri incelenmiştir. 
Farklı şeker oranları ile farklı karbonizasyon sıcaklıklarında (500, 600, 700, 800oC) gözenekli karbon numuneler hazırlanmıştır. Sentezlenen karbonlar N2 gazı adsorpsiyonu, X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ve elementel analiz ile karakterize edilmiştir. Azot adsorpsiyon sonuçlarına göre karbonizasyon sıcaklığı artışı ile doğru orantılı olarak yüzey alanında da artış görülmüştür. Karbonizasyon sıcaklığındaki artışla 700oC'ye kadar karbonların yüzey alanları artmış, sıcaklığın 800oC'ye yükselmesi ise yüzey alanı değerini bir miktar düşürmüştür. Şeker yüzdesinin artması ile de yüzey alanı değerleri artmıştır. Karbonizasyon sıcaklığının artışı mikrogözenek hacmini küçük oranda artırırken, mezogözenek ve dolayısıyla toplam gözenek hacmini büyük oranda artırmıştır. Şekerin 1%'den %5'e artması hem mikro hem de mezogözenek hacmini artırmıştır. Şeker oranı %10'a artığında ise mikro gözenek hacmi artarken mezo ve toplam gözenek hacmi azalmıştır. Buna göre karbonizasyon sıcaklığının artışı ile mezogözenek hacminin arttığı, şeker oranının artması ile de mikrogözenek hacminin arttığı sonucuna varılabilir. Örneklerin XRD spektrumları değerlendirilmiş ve literatüre uygunluğu tespit edilmiştir. SEM görüntüleri yüzey morfolojileri ve gözenekleri hakkında bilgi vermektedir. Üretilen tüm karbonları yüzey morfolojileri birbirine benzemektedir. TEM görüntüsünden de gözeneklerin yaklaşık küresel sayılabilecek şekillerde oldukları söylenebilir. Elementel analiz sonuçlarına göre ise, karbonizasyon sıcaklığının karbon yüzdesini belirgin ölçüde değiştirmediği sonucuna varılmıştır. Şeker yüzdesinin artışı ise beklendiği gibi karbon yüzdesini belirgin ölçüde artırmıştır.

Abstract:
In this study, it is aimed that the porous carbons are prepared through templated synthesis method using the natural zeolite as template and sugar as carbon source. The effects of synthesis conditions such as carbonization temperatures and sugar concentration on the pore structure of porous carbons were investigated. 
Porous carbon samples were prepared with different sugar ratios at different carbonation temperatures (500, 600, 700, 800oC). The synthesized carbons were characterized by N2 gas adsorption, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and elemental analysis. According to the results of nitrogen adsorption, increase in surface area was also observed in direct proportion to increase in carbonation temperature. As the carbonization temperature increases, the surface area of carbons increases up to 700oC, while increasing the temperature to 800oC reduced the surface area value a little. The surface area values also increased with the increase of sugar percentage. While the increase in carbonization temperature increases the micropore volume in small increments, the mesopore and thus the total pore volume increased greatly. Increase of sugar to 1% to 5% increased both micro and mesopore volume. When the sugar content increased to 10%, micro pore volume increased while mesopore and total pore volume decreased. XRD spectra of the samples were evaluated and literature conformity was determined. SEM images provide information about surface morphologies and pores. The surface morphologies of all carbons produced are similar. From the TEM image, it can be said that the pores are in a shape that can be regarded as approximately spherical. According to the results of the elemental analysis, it is concluded that carbonization temperature does not significantly change the percentage of carbon. The increase in sugar percentage significantly increased the carbon percentage as expected.