Depolamada kullanılan gözenekli bor yapıların üretilmesi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of porous boron structures used in storage
Yazar: GÜLENAY YELTİK
Danışman: PROF. DR. FİGEN KAYA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Bor nitrür = Boron nitride ; Depolama = Storage ; Gözeneklilik = Porosity ; Nano yapı = Nano structure ; Sol-jel yöntemi = Sol-gel method

Özet:
Bor madenin Türkiye'de %73'lük rezerve sahip olmasından dolayı yapılan çalışmalar ülke ekonomisine katkı sağlaması açısından önemli hale gelmektedir. Günümüzde cam, metalurji, kimya, gıda, tarım, sağlık, otomotiv ve enerji gibi çok çeşitli alanlarda kullanımı bulunduğundan bor ile yapılan çalışmalara ilgi giderek artmaktadır. Gözenekli bor nitrür (BN), yüksek termal ve oksidatif kararlılığı ve sahip olduğu bağ polaritesi ile yeni bir adsorban malzeme olarak dikkat çekmektedir. Sahip olduğu özellikler, BN'yi çok çeşitli adsorpsiyon uygulamalarında, zor koşullar altında çalışmaya elverişli kılmaktadır. Sunulan tez çalışmasında, üstün özellikler gösteren bor nitrürün düşük üretim maliyetlerinde kolay metotlar kullanılarak sentezlenmesi ve gözenekliliğin artırılması hedeflenmektedir. Gözenekliliğin artması ile depolama kapasitesinin artacağı da öngörülmektedir. Gözenekli malzemelerin potansiyelinden verimli şekilde yararlanmak için oluşum mekanizmalarının anlaşılması ve gözenek yapısının ayarlanabilir olması çok önemlidir. Çalışmada yüksek kaliteli mikro, mezo ve makro gözenekli bor nitrür nanoparçacık ve nanoçubukların sentezi öngörülmektedir. Sol jel yöntemler ile çözücü içinde çözünen/ solüsyona alınan başlangıç malzemelerinin; sıcaklık, konsantrasyon, başlangıç malzemesi bileşimi gibi parametrelerin değiştirilmesiyle nanoyapılara dönüştürülmesi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sentez için kullanılacak başlangıç hammaddelerinde bor kaynağı olarak; yerli üretim olan ETİ MADEN borik asit (H3BO3) ve azot kaynağı olarak suda kolay çözünebilme özelliklerinden dolayı melamin (C3H6N6), üre (CH4N2O), ürik asit (C5H4N4O3) ve amonyum hidroksit (NH₄OH) polimer malzemeleri tercih edilmiştir. Bor ve azot kaynakları farklı oranlarda sulu çözeltiler içinde manyetik karıştırıcı yardımıyla karıştırılıp ısıtılarak reaksiyonlar gerçekleştirilmiştir. Elde edilen tozlar ısıl işleme tabi tutularak nano boyutlu bor nitrür yapılar elde edilmiştir. Sözü geçen ısıl işlem basamakları azot atmosferde gerçekleştirilmiştir. Basamaklı ısıl işlem prosesiyle yapıda bulunan karbon, hidrojen ve oksijen atomlarının uzaklaştırılması ile gözenek miktarının artırılması planlanmıştır.

Abstract:
Due to the fact that the boron mine has a 73% reserve in Turkey, the studies become important in terms of contributing to the country's economy. Today, interest in studies with boron is increasing, as it is used in a wide variety of fields such as glass, metallurgy, chemistry, food, agriculture, health, automotive and energy. Porous boron nitride (BN) attracts attention as a new adsorbent material with its high thermal and oxidative stability and bond polarity. Its properties make BN suitable for a wide variety of adsorption applications and to work under harsh conditions. In the presented thesis, it is aimed to synthesize boron nitride, which has superior properties, by using easy methods at low production costs and to increase the porosity. It is also predicted that the storage capacity will increase with the increase in porosity. In order to exploit the potential of porous materials efficiently, it is very important to understand the formation mechanisms and the pore structure to be adjustable. In this study, the synthesis of high-quality micro, meso and macroporous boron nitride nanoparticles and nanorods is envisaged. The starting materials that are dissolved / taken into solution in the solvent by sol gel methods; The studies were carried out to transform them into nanostructures by changing parameters such as temperature, concentration, starting material composition. As a boron source in the starting raw materials to be used for synthesis; ETİ MADEN boric acid (H3BO3), which is domestic production, and melamine (C3H6N6), urea (CH4N2O), uric acid (C5H4N4O3) and ammonium hydroxide (NH₄OH) polymer materials are preferred due to their easy solubility in water as nitrogen source. Reactions were carried out by mixing boron and nitrogen sources in aqueous solutions at different ratios with the help of a magnetic stirrer and heating them. The obtained powders were subjected to heat treatment and nano-sized boron nitride structures were obtained. Above-mentioned heat treatment steps were carried out in nitrogen atmosphere. It is planned to increase the pore amount by removing the carbon, hydrogen and oxygen atoms in the structure with the step heat treatment process.