Farklı polimerler ile fonksiyonelleştirilen katmanlı malzemelerin karbondioksit tutma verimliliğinin araştırılması
Investigation of carbon dioxide capture efficiency of layered materials functionalized with different polymers
Yazar: DENİZ SEZGİN
Danışman: PROF. DR. MÜGE SARI YILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde dünya nüfusunun hızla artmasının bir sonucu olarak küresel çapta artan enerji talebi, fosil yakıtlara olan bağımlılığı arttırmaktadır. Fosil yakıtların yanması sonucunda CO2 gibi çeşitli sera gazlarının atmosferik konsantrasyonları da iklim değişikliği ve küresel ısınmayı beraberinde getirerek önemli ölçüde artmıştır. Bu kapsamda, CO2 yakalama ve depolama teknolojisi (CCS), CO2 emisyonlarının atmosfere salınmadan yakalanmasını ve uygun koşullar altında depolanmasını içeren hayati bir strateji olarak görülmektedir. CCS teknolojisi için son yıllarda katı adsorbanlar kullanılarak CO2 yakalama; çevre üzerinde toksik etki oluşturmama, sürecin kolay işlenebilirliği ve minimum enerji gereksinimi gibi etkili avantajlarıyla ön plana çıkmaktadır.
Gıda işleme endüstrileri tarafından her yıl yüksek miktarda üretilen katı atıklar çevre için önemli problemlerden biri haline gelmiştir. Gıdaya talebin artışıyla birlikte üretimi hızla artış gösteren yumurta kabuğu atıkları, çevre ve ekosistem üzerinde kirlilik sorunu oluşturan bir katı atık çeşididir. Bu sebeple, yumurta kabuğu atıklarına yeni bir kullanım alanı oluşturularak değerli malzemelere dönüştürmek için alternatif yollar bulunması önemli olarak görülmektedir.
Bu çalışmada, yumurta kabuğu atıkları kalsiyum kaynağı olarak ilk kez kullanılarak üçlü MgCaAl katmanlı çift hidroksitler (LDH) sentezlenmiş ve malzemenin CO2 yakalama verimliliğinin artırılması amacıyla Polietilenimin (PEI), Polialilamin (PAA) ve (3-aminopropil)trietoksisilan (APTES) olmak üzere üç farklı amin kaynağı ile fonksiyonelleştirilmiştir. Elde edilen saf ve kompozit malzemeler X-Işını Difraktometresi (XRD), Fourier Dönüşümlü Infrared (FTIR), X-Ray Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM/EDS), Termogravimetrik Analiz Cihazı (TGA) ve N2 adsorpsiyon/desorpsiyon analizleriyle karakterize edilmiştir. Aynı zamanda, sentezlenen numunelerin CO2 yakalama kapasiteleri karşılaştırılarak kalsiyumun ve amin gruplarının CO2 adsorpsiyonu üzerindeki etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, kalsiyum eklentisiyle birlikte CO2 yakalama kapasitesinin arttığını, APTES ile fonksiyonelleştirilmiş numuneyle birlikte ise maksimum adsorpsiyon kapasitesine ulaşıldığını göstermektedir. APTES ile fonksiyonelleştirilmiş MgCaAl LDH'nin CO2 adsorpsiyonu için etkili bir malzeme olduğunu görülmüştür. Bu çalışmayla birlikte, hem CO2 emisyonlarını azaltmaya yönelik etkili bir malzeme tasarlanmış hem de çevre kirliliğine neden olan yumurta kabuğu atıklarına yeni bir uygulama alanı kazandırılmıştır.

Abstract:
Today, the increasing global energy demand as a result of the rapid increase in the world population increases the dependence on fossil fuels. As a result of the burning of fossil fuels, atmospheric concentrations of various greenhouse gases such as CO2 have increased significantly, bringing about climate change and global warming. In this context, CO2 capture and storage technology (CCS) is seen as a vital strategy that involves capturing CO2 emissions before they are released into the atmosphere and storing them under appropriate conditions. In recent years, CO2 capture using solid adsorbents for CCS technology; It stands out with its effective advantages such as not having a toxic effect on the environment, easy processability of the process and minimum energy requirement.
Solid waste produced in large amounts every year by food processing industries has become one of the important problems for the environment. Eggshell waste, whose production increases rapidly with the increase in demand for food, is a type of solid waste that creates pollution problems on the environment and ecosystem. For this reason, it is considered important to find alternative ways to create a new use for eggshell waste and turn it into valuable materials.
In this study, eggshell wastes were used as a calcium source for the first time to synthesize triple MgCaAl layered double hydroxides (LDH) and to increase the CO2 capture efficiency of the material, polyethyleneimine (PEI), polyallylamine (PAA) and (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) were synthesized. functionalized with different amine source. The obtained pure and composite materials were characterized by X-Ray Diffractometer (XRD), Fourier Transform Infrared (FTIR), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Scanning Electron Microscope (SEM/EDS), Thermogravimetric Analyzer (TGA) and N2 adsorption/desorption analysis. At the same time, the effect of calcium and amine groups on CO2 adsorption was examined by comparing the CO2 capture capacities of the synthesized samples. The results show that the CO2 capture capacity increases with the addition of calcium, and the maximum adsorption capacity is reached with the sample functionalized with APTES. It has been observed that MgCaAl LDH functionalized with APTES is an effective material for CO2 adsorption. With this study, an effective material has been synthesized to reduce CO2 emissions and a new application area has been provided for eggshell wastes that cause environmental pollution.