Bir simektit mineralinin kristalliği, yüzey alanı ve gözenekliliği üzerine asit aktivasyonunun etkisi
The effect of acid activation on surface area, porosity and cristallinity of smectite mineral
Yazar: SİBEL KAHRAMAN
Danışman: PROF. DR. YÜKSEL SARIKAYA
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Bentonit = Bentonite ; Gözeneklilik = Porosity ; Smektit = Smectite ; X ışını kırınımı = X ray diffraction

Özet:
Değişik koşullarda gerçekleştirilen H2SO4 aktivasyonunun bir kalsiyum simektit mineralinin (CaS) kristal yapısı, yüzey alanı ve gözenekliliğine etkisinin araştırılması bu çalışmanın amacı olarak öngörülmüştür. Bu nedenle, Ordu yöresinden alınan bir kalsiyum simektit mineralinden alınan örnekler asit miktarı kütlesel olarak %0-70 (97 oC, 8 saat), aktivasyon süresi 0,5-12,0 saat (%35 H2SO4, 97oC) ve aktivasyon sıcaklığı 40-97oC (%35 H2SO4, 8 saat) aralıklarında değiştirilerek kuru yöntem uyarınca aktiflenmiştir. Doğal ve asit ile aktiflenmiş örneklerin kristal yapılarındaki değişmeler X-ışınları difraksiyonu (XRD) ile izlenmiştir. Asit oranı, süre ve sıcaklık yükseldikçe CaS'in kristalliğinin azaldığı gözlenmiştir. Doğal ve aktiflenmiş örnekler üzerinde azotun sıvı azot sıcaklığındaki (~77K) adsorpsiyon ve desorpsiyon izotermleri bulunmuştur. Adsorpsiyon verileri kullanılarak değişik yöntemler uyarınca örneklerin özgül yüzey alanları (A) ve desorpsiyon verileri kullanılarak özgül mikro-mezogözenek hacimleri (V) bulunmuştur. A ve V değerlerinin asit oranı, süre ve sıcaklıkla değişimleri yanında değişik yöntemlerle bulunan özgül yüzey alanlarının uyumu tartışılmıştır. Doğal CaS'e göre A ve V değerlerinin 8 kat yükselerek 373 m2g-1 ve 0,683 cm3g-1 değerlerinde maksimuma ulaştığı bir örnek hazırlanabilmesi için en uygun deney koşulları %45 H2SO4, 8 saat ve 97oC olarak belirlenmiştir. Gözenek boyut dağılımı eğrilerinden mezogözenek yarıçaplarının 1-10 nm arasında değiştiği ve 2-3 nm aralığında maksimuma ulaştığı belirlenmiştir. Bu özelliklere sahip aktiflenmiş CaS örneklerinin ağartma toprağı, katalizör ve katalizör yatağı gibi alanlar yanında organokil, sütunlanmış ve kil-polimer nanokompozitlerinin hazırlanmasında kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The purpose of this study is to investigate the effects of acid activation, realized in different conditions, on surface area, porosity and cristallinity of calcium smectite mineral (CaS). For this reason, calcium smectite (CaS) mineral samples taken from Ordu region were activated with H2SO4 by dry method, by changing H2SO4 content between 0% and 70% (at 97oC for 8h); by changing activation time between 0.5 and 12.0 h (at 97oC with %35 H2SO4 content) and by changing activation temperature between 40 and 97oC (for 8 h with %35 H2SO4 content). The changes in crystallinity of natural and acid activated samples were examined by X-ray diffraction (XRD). It is observed that the cristallinity of calcium smectite decreases with increase of acid concentration, activation time and temperature. The adsorption and desorption izoterms of nitrogen at liquid nitrogen temperature (~77K) on natural and acid activated samples are found. Using various methods the specific surface areas (A) of the samples were found using adsorption data and specific micro-mezopore volumes (V) of the samples were found using desorption data. The changes of A and V with acid concentration, time and temperature as well as the correlation of specific surface area which was found using various methods are discussed. The most suitable experiment conditions at which the A and V values of sample increased 8 times compared to natural CaS reaching a maximum at 373 m2g-1 and 0,683 cm3g-1 values, are determined as 45% H2SO4, 8 hours and 97oC. From the mesopore size distribution curves it is determined that the mesopore radius varied between 1 and 10 nm and reached to a maximum at 2-3 nm interval. It is concluded that those calcium smectite (CaS) samples having high adsorption properties can be used as bleaching earth, catalyst and catalyst bed and also during preparation of organoclays, pillared clays and clay-polimer nanocomposites.