Kserojel/ tabakalı çift hidroksit kompozitlerin üretimi ve CO2 yakalama performanslarının incelenmesi
Production of xerogel/layered double hydroxide composites and investigation of CO2 capture performance
Yazar: DİCLE EREN
Danışman: DOÇ. DR. MÜGE SARI YILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Çevre ve insan sağlığını olumsuz yönde etkileyen iklim değişikliği ''atmosferdeki sera gazları birikimlerinin insan kaynaklı etkilerle aşırı derecede artması ile birlikte küresel iklim sisteminde ve ekosistemde meydana gelen değişiklikler'' olarak ifade edilmektedir. Atmosfere salınan bu sera gazlarının yaklaşık olarak %60'ı karbondioksitten (CO2) kaynaklanmakta ve CO2 gazının salımı ozon tabakasını inceltmektedir. Bu da küresel ısınmaya yol açmaktadır. Günümüzde atmosferdeki CO2 gazı seviyesinin artmaya devam etmesi endişe uyandırmaya başlamıştır.
Bu nedenle bilim insanları, CO2 gazı emisyon seviyelerini uygun ve hızlı bir şekilde düşürmek için araştırmalar yapmaya başlamıştır. Atmosferdeki CO2'yi yakalama için birçok teknik bulunmaktadır. Maliyet düşüklüğü, enerji safiyatı ve kısa süre gibi avantajları nedeniyle adsorpsiyon en uygun CO2 yakalama tekniği olarak görülmektedir. Ayrıca çeşitli araştırmalarda CO2 emisyonundan kaynaklı çevre kirliliğinin azaltılmasında, katı adsorbentlerin kullanıldığı CO2 tutma teknolojileri umut vadeden bir yaklaşımdır.
Bu tez çalışmasında literatürde ilk kez kserojel ile farklı tabakalı çift hidroksit (LDH) kompozitleri sentezlenerek CO2 tutma performansları incelenecektir. Bu amaçla ilk olarak silika bazlı kserojel sentezlenecek daha sonra sentezlenen kserojel, MgAL LDH, CoAl LDH ve NiAl LDH üretimine eklenerek kserojel/MgAL LDH (X@M-AL), kserojel/CoAl LDH (X@C-AL) ve kserojel/NiAl LDH (X@N-AL) kompozitleri elde edilecektir. Elde edilen kompozitlerin karakterizasyonu X-ışını kırınımı (XRD) ve Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) analizleri ile yapılacaktır. Hazırlanan kompozitlerin CO2 tutma performansları termal analiz cihazında incelenecektir. Kserojel-LDH yapısının sinerjistik etkisini belirlemek amacıyla kserojel ve LDH'lerin ayrı ayrı CO2 tutma performansları da incelenecektir.
Kompozitlerin CO2 adsorpsiyon kinetiğini incelemek için sözde birinci dereceden model (PFO), sözde ikinci dereceden model (PSO) ve Avrami (Av) kinetik modelleri seçilmiştir. Kompozitlerin, 30°C'de kinetik modelleri incelendiğinde elde edilen deneysel verilerin Av kinetik modeli ile daha uyumlu olduğu bulunmuştur.
Anahtar Kelimeler: Kserojel, LDH, kompozit sentezi, CO2 yakalama, kinetik

Abstract:
Climate change, which adversely affects the environment and human health, is expressed as "changes in the global climate system and ecosystem with the excessive increase in greenhouse gas accumulations in the atmosphere due to human-induced effects". Approximately 60% of these greenhouse gases released into the atmosphere are caused by carbon dioxide (CO2) and the release of CO2 gas depletes the ozone layer. This leads to global warming. Today, the continuing increase in the level of CO2 gas in the atmosphere has started to raise concerns.
For this reason, scientists have started to conduct research to reduce CO2 gas emission levels appropriately and quickly. There are many techniques for capturing CO2 in the atmosphere. Adsorption is seen as the most suitable CO2 capture technique due to its advantages such as low cost, energy efficiency and short time. In addition, CO2 capture technologies using solid adsorbents are a promising approach in reducing environmental pollution caused by CO2 emissions in various studies.
In this thesis, for the first time in the literature, xerogel and different layered double hydroxide (LDH) composites will be synthesized and their CO2 capture performances will be examined. For this purpose, silica-based xerogel will be synthesized first, then the synthesized xerogel will be added to the production of MgAL LDH, CoAl LDH and NiAl LDH, and xerogel/MgAL LDH (X@M-AL), xerogel/CoAl LDH (X@C-AL) and xerogel/NiAl LDH. (X@N-AL) composites will be obtained. The characterization of the obtained composites will be done by X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared (FTIR) analysis. The CO2 absorption performance of the prepared composites will be examined in the thermal analyzer. In order to determine the synergistic effect of the xerogel-LDH structure, the individual CO2 capture performances of xerogel and LDH will also be examined.
Pseudo-first-order model (PFO), pseudo-second-order model (PSO) and Avrami (Av) kinetic models were chosen to examine the CO2 adsorption kinetics of composites. When the kinetic models of the composites were examined at 30°C, it was found that the experimental data obtained were more compatible with the Av kinetic model.
Keywords: Xerogel, LDH, composite synthesis, CO2 capture, kinetics