Metal organik kafes yapı ve zeolitik imidazol kafes yapı nanokristallerinin sentezi ve polimer nanokompozitlerin hazırlanması
Metal organic framework and zeolitic imidazolate framework nanocrystal synthesis and preparation of polymer nanocomposites
Yazar: EBRU BAYCAN ENGÜLLÜ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SENNUR DENİZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bugün yapılan çoğu araştırma, spesifik gazlara yüksek seçicilik ve geçirgenlik gösteren yeni membran yapılarının geliştirilmesine ve yeni malzemelerin keşfedilmesine adres olmaktadır. 20 yıl öncesine kadar, hibrit membran olarak da bilinen katkılı matrisli membranlarda (KMM) inorganik madde olarak zeolitler, karbon moleküler elek yapılar ve inorganik oksitler kullanılmaktaydı. Bu hibrit membranlar polimer membranların işlenebilirliğiyle inorganik membranların süper geçirgenlik ve seçicilik özelliklerini birleştirmiştir. Sonrasında organik köprü ve inorganik grupların birleşimini içermesi sebebiyle gaz ayırma katkı maddelerinin iyi bir üyesi olan metal organik kafes yapılar (MOF'lar) bulunmuştur. MOF'lar gözenekliliği kontrol edilebilen ve bazı gazlara afinite gösteren geniş yüzey alanına sahiptir. MOF parçacıklarının polimer membranlarda katkı maddesi olarak kullanımı ile seçicilik ve geçirgenliğin aynı anda arttığı gösterilmiştir.
Zeolitik imidazol kafes yapılar (ZIF'lar) ise gözenekli malzemelerin yeni bir sınıfıdır ve geniş gözenek boyutu yelpazesinde sentezlenerek nanodolgu maddeleri olarak kullanılmaktadır. Çok sayıda MOF arasında üstün kimyasal ve ısıl kararlılıklarından, düşük fiyata kolayca sentezlenebilmelerinden dolayı ZIF'lar oldukça dikkat çekmektedir ve bu özelliklerinden dolayı gaz depolama, kimyasal sensör ve ayırma prosesi gibi çeşitli önemli uygulamalar için umut verici materyallerdir. 
Bu çalışmada, silika, MOF-5, ZIF-8 ve MOF-199 nanodolgu malzemeleri sentezlenmiştir. Sentezlenen MOF türleri iki farklı organik bağlayıcı bileşen ve iki farklı metal bileşeni kullanılarak hibrit MOF yapıları elde edilmiştir. Sentezlenen silika nanopartiküllerinin yüzeyine MOF kaplanarak SiMOF yapılarının sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen MOF'lar ile poliimid, polibenzimidazol ve polieterimid polimerleri kullanılarak nanokompozit membranlar hazırlanmıştır. Sentezlenen MOF'lar ve hazırlanan polimer/MOF'lar SEM, FTIR, XRD, BET analizleri ve mekanik testlerle karakterize edilmiştir.

Abstract:
Today, much of the research work is being addressed to the investigation of new materials and to the development of new membrane structures that exhibit higher selectivity and permeability to specific gases. Over the last two decades, inorganic particles e.g. zeolite, carbon molecular sieve and inorganic oxides have been used to prepare mixed-matrix membranes (MMM's), also called hybrid membranes. These hybrid membranes combine the superior permeability and selectivity of inorganic membranes with the processability of polymer membranes. Then it was found that, metal organic frameworks (MOF's) were good candidates as additives for gas separation since they consist of a combination of an inorganic cluster and an organic bridge. MOF's have large surface area, controlled porosity and affinity towards certain gases. Addition of MOF particles as additive to polymer membranes has already shown that permeability and selectivity can be simultaneously increased.
Zeolitic imidazolate frameworks (ZIF's) are a new class of porous materials and used as nanofillers by being synthesised in a wide spectrum of pore sizes. ZIF's attract a great deal of attention due to their outstanding chemical and thermal stabilities among a large number of MOF's and ability to be easily synthesised at low prices and they are promising materials for a variety of important applications such as gas storage, chemical sensor and separation process due to these properties.
In this study, silica, MOF-5, ZIF-8 and MOF-199 nanofiller materials are synthesized. The synthesized MOF types are used with two different organic ligands and two different metals to obtain hybrid MOF structures. SiMOF structures are synthesized whereby the surface of silica nanoparticles are coated by MOF nanoparticles. Polyimide, polybenzimidazole and polyetherimide polymers are used with synthesized MOF's to prepare nanocomposite membranes. These synthesized MOF's and prepared Polymer/MOF's structures are characterized with SEM, FTIR, XRD, BET analysis and mechanical tests.