Borik aitten bor oksit üretiminin kinetik incelemesi
Kinetic investigation of boron oxide production from boric acid
Yazar: ESİN EREN
Danışman: PROF. DR. SUNA BALCI ; DOÇ. DR. NAİME ASLI SEZGİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bor, başlıca cam sanayi, seramik, temizlik, tarım, nükleer uygulamalar,metalurji, ve uzay teknolojileri sahalarında geniş bir kullanım alanına sahiptir.Bor oksit cevherden elde edilebilen en yüksek bor içeriğine sahip rafine birüründür. Dolayısıyla hammadde olarak bor içeren cevher yönünde olantercihler, gün geçtikçe doğrudan bor oksit kullanımı yönünde değişimgöstermektedir. Yüksek saflıkta bor oksit kullanımı, sonuca doğrudan etkilerineek olarak az enerji kullanımı, düşük maliyet, az çevre kirliliği gibi dolaylıkatkılar da sağlamaktadır. Türkiye'de, yakın bir gelecekte doğrudan bor oksitüretimine yönelik projelerin artacak olması sebebiyle bu çalışmada yükseksaflıkta bor oksit üretim şartlarının belirlenmesi ve reaksiyonun kinetikdetaylarının incelenmesi amaçlanmıştır.Bu çalışmada borik asidin dehidrasyonu ile yüksek saflıkta bor oksitin üretimşartları belirlenmiş ve reaksiyon hız ifadesi geliştirilmiştir. Termogravimetrikanaliz (TGA) çalışmalarından reaksiyon sıcaklık aralıkları belirlenmiş vereaksiyonun 330ºC civarında tamamlandığı gözlenmiştir. Değişik koşullardaüretilen numunelerde en yüksek saflık, yaklaşık % 99,93 saflık ile, numuneyiiv130ºC'de 30 dakika ve 330ºC'de 60 dakika bekleterek, 5ºC.dk-1 ısıtma hızı ileelde edilmiştir. Ürünün kristal yapısı hakkında bilgi edinmek için elde edilen X-ışını kırınım desenleri, hegzagonal yapının olduğunu göstermiştir. Azotadsorbsiyon/desorbsiyonu deneylerinden ürünün yaklaşık 7 m2.g-1 yüzey alandeğerine sahip olduğu gözlenmiştir.Borik asidin sabit sıcaklık dehidrasyonu, 80-350ºC sıcaklık aralığında, onbirfarklı sıcaklıkta incelenmiştir. Maksimum kütle dönüşüm değerlerine, düşüksıcaklıklarda 3 günde, yüksek sıcaklıklarda yaklaşık 45 dakika civarındaulaşılmıştır. Değişik sıcaklıklarda belirlenen reaksiyon hız sabitlerinin, sıcaklıkartışı ile arttığı ve yüksek sıcaklıklarda birbirine yaklaştığı görülmüştür. Düşükve yüksek sıcaklık bölgelerinde reaksiyon mertebesi birdir. Fakat 230 ile 250ºCsıcaklık aralığında, reaksiyon mertebesinde bir değerinden iki civarına ani birartış gözlenmiştir. Aktivasyon enerjisi sabit sıcaklık deneylerinden 48,0 kJmol-1ve TGA verilerinden, reaksiyon mertebesinin bir olduğunu varsayarak 36,4kJmol-1 olarak bulunmuştur.Bilim Kodu : 937Anahtar Kelimeler : Bor oksit, dehidrasyon, kinetik çalışma, saflık tayiniSayfa Adedi : 83Tez Yöneticisi : Prof Dr. Suna BALCI, Doç. Dr. Naime Aslı SezgivKINETIC INVESTIGATIONOF BORON OXIDE PRODUCTION FROM BORIC ACID(M.Sc.Thesis)Esin ERENGAZI UNIVERSITYINSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGYNovember 2005ABSTRACTBoron has a wide application area mainly in the fields of glass industry,cleaning, agriculture, nuclear applications, metallurgy, and space technologies.Boron oxide is a refined product having the highest boron content that can beobtained from the ore. Consequently, preferences for ore containing boron as araw material show a shift towards directly use of boron oxide as the days pass.The usage of high purity boron oxide also provides indirect contributions suchas less energy consumption, low cost, less environmental pollution addition to itsdirect effects to the outcomes. Because of the projects directed towards theboron oxide production in Turkey to be increased in near future, in this study itwas aimed to determine high purity boron oxide production conditions and toinvestigate kinetic details of the reaction.In the present study the production conditions of high purity boron oxide viaboric acid dehydration was determined and the reaction rate expression wasdeveloped. Reaction temperature range was determined from termogravimetric(TGA) studies and it was oberved that the reaction was completed at around330ºC. It was observed that the highest purity in the samples produced atdifferent conditions, approximately with a purity of 99.93%, was obtained byvikeeping the sample at 130ºC for 30 minutes and at 330ºC for 60 minutes with aheating rate of 5ºC.min-1. X-ray diffraction patterns obtained to getinformation about the crystal structure of the product showed the presence ofhexagonal structure. It was observed that from the nitrogenadsorption/desorption experiments, the product possessed a surface area valueof around 7 m2.g-1.Constant temperature dehydration of boric acid was investigated at elevendifferent temperatures, a temperature range of 80 to 350ºC. Maximum massconversion values were achieved in 3 days at low temperatures andapproximately in 45 minutes at high temperatures. It was seen that rateconstants obtained at different temperatures increased with an increase intemperature and became closer to each other at higher temperatures. Thereaction order was around one at low and high temperature regions but asudden increase in the reaction order from one to around two at a temperaturerange of 230 to 250ºC was observed. The activation energy was found to be 48.0kJ.mol-1 from the constant temperature experiments and 36.4 kJmol-1 fromTGA analyses assuming the reaction order as one.Science Code : 937Key Words : Boron oxide, dehydration, kinetic study, purity analysisPage Number : 83: Prof Dr. Suna BALCI, Doç. Dr. Naime Aslı SezgiAdvisor

Abstract:
Bor, başlıca cam sanayi, seramik, temizlik, tarım, nükleer uygulamalar,metalurji, ve uzay teknolojileri sahalarında geniş bir kullanım alanına sahiptir.Bor oksit cevherden elde edilebilen en yüksek bor içeriğine sahip rafine birüründür. Dolayısıyla hammadde olarak bor içeren cevher yönünde olantercihler, gün geçtikçe doğrudan bor oksit kullanımı yönünde değişimgöstermektedir. Yüksek saflıkta bor oksit kullanımı, sonuca doğrudan etkilerineek olarak az enerji kullanımı, düşük maliyet, az çevre kirliliği gibi dolaylıkatkılar da sağlamaktadır. Türkiye?de, yakın bir gelecekte doğrudan bor oksitüretimine yönelik projelerin artacak olması sebebiyle bu çalışmada yükseksaflıkta bor oksit üretim şartlarının belirlenmesi ve reaksiyonun kinetikdetaylarının incelenmesi amaçlanmıştır.Bu çalışmada borik asidin dehidrasyonu ile yüksek saflıkta bor oksitin üretimşartları belirlenmiş ve reaksiyon hız ifadesi geliştirilmiştir. Termogravimetrikanaliz (TGA) çalışmalarından reaksiyon sıcaklık aralıkları belirlenmiş vereaksiyonun 330ºC civarında tamamlandığı gözlenmiştir. Değişik koşullardaüretilen numunelerde en yüksek saflık, yaklaşık % 99,93 saflık ile, numuneyiiv130ºC?de 30 dakika ve 330ºC?de 60 dakika bekleterek, 5ºC.dk-1 ısıtma hızı ileelde edilmiştir. Ürünün kristal yapısı hakkında bilgi edinmek için elde edilen X-ışını kırınım desenleri, hegzagonal yapının olduğunu göstermiştir. Azotadsorbsiyon/desorbsiyonu deneylerinden ürünün yaklaşık 7 m2.g-1 yüzey alandeğerine sahip olduğu gözlenmiştir.Borik asidin sabit sıcaklık dehidrasyonu, 80-350ºC sıcaklık aralığında, onbirfarklı sıcaklıkta incelenmiştir. Maksimum kütle dönüşüm değerlerine, düşüksıcaklıklarda 3 günde, yüksek sıcaklıklarda yaklaşık 45 dakika civarındaulaşılmıştır. Değişik sıcaklıklarda belirlenen reaksiyon hız sabitlerinin, sıcaklıkartışı ile arttığı ve yüksek sıcaklıklarda birbirine yaklaştığı görülmüştür. Düşükve yüksek sıcaklık bölgelerinde reaksiyon mertebesi birdir. Fakat 230 ile 250ºCsıcaklık aralığında, reaksiyon mertebesinde bir değerinden iki civarına ani birartış gözlenmiştir. Aktivasyon enerjisi sabit sıcaklık deneylerinden 48,0 kJmol-1ve TGA verilerinden, reaksiyon mertebesinin bir olduğunu varsayarak 36,4kJmol-1 olarak bulunmuştur.Bilim Kodu : 937Anahtar Kelimeler : Bor oksit, dehidrasyon, kinetik çalışma, saflık tayiniSayfa Adedi : 83Tez Yöneticisi : Prof Dr. Suna BALCI, Doç. Dr. Naime Aslı Sezgi