Çeşitli bor minerallerinden hidrofobik ve nanoyapılı çinko borat üretim yöntemlerinin geliştirilmesi
The development of production methods of hydrophobic and nano zinc borate from different boron minerals
Yazar: EMRE ÖZTÜRK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NURCAN TUĞRUL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Borik asit = Boric acid ; Hidrofobisite = Hydrophobicity ; Nano yapı = Nano structure ; Verim = Yield

Özet:
Türkiye sahip olduğu bor rezervleri ve cevherlerinin kalitesi ile dünyanın önde gelen ülkelerindendir. Buna rağmen ürünlerinin çeşitliliği sahip olunan potansiyel yanında çok azdır. Dolayısı ile değişik bor ürünleri elde edilmesine yönelik çalışmaların yapılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Çinko Borat bunlardan bir tanesidir. Çinko Borat, alev geciktirici ve duman bastırıcı katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Ayrıca Çinko Borat ahşap kompozit malzemelerde mantar ve böcek öldürücü olarak, borosilikat malzemelerde hammadde olarak, yağlama yağlarında katkı olarak ve seramik sanayinde ergime noktası düşürücü olarak da kullanılmaktadır.Çinko Borat üretimi için yaygın olarak çinko oksit ve borik asit kullanılmaktadır. Bu çalışmada, çinko kaynağı olarak çinko oksit yerine çinko karbonat kullanılmış ve Çinko Borat üretimi, farklı bor kaynakları ve farklı karıştırma sistemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir.Çalışmada ilk olarak bor kaynağı olarak kolemanitten üretilen referans borik asit ile çinko kaynağı olarak çinko karbonat kullanılarak, hidrofobik ve nano yapılı Çinko Borat üretilmeye çalışılmıştır. İkinci aşamada ise öncelikle, boraks dekahidrattan borik asit üretilmiş ve boraks dekahidrattan üretilen borik asitin, referans borik asit ile uyumlu olduğu görülmüştür. Boraks dekahidrattan üretilen borik asit ile çinko karbonat kullanılarak Çinko Borat üretimi için ikinci aşama tamamlanmıştır. Hidrofobik yapıda Çinko Borat elde etmek için propilen glikol (PG), kerosen ve oleik asit (O.A) gibi farklı modifiye ajanlar ve bu yağ fazlarının homojen bir şekilde dağılması için izopropil alkol (İPA), etanol, metanol gibi farklı çözücüler kullanılmış, farklı modifiye ajanların farklı çözücüler ile kullanımının hidrofobisite üzerine etkileri araştırılmıştır. Ayrıca çalışmada reaksiyon süresi, reaktan oranı, sıcaklık, karıştırma hızı, aşı ve soğutma sıcaklığı gibi reaksiyon parametrelerinin verim üzerine etkisi, ısıtıcılı manyetik karıştırıcı kullanılarak incelenmiş ve belirlenen optimum noktalarda, mekanik karıştırmalı cam reaktör kullanılarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, mekanik karıştırmalı cam reaktörde yapılan deneylerde, verimin daha yüksek olduğu görülmüştür.Elde edilen ürünlerin karakterizasyonu, analitik yöntemin yanı sıra, XRD, FT-IR cihazları ile belirlenmiştir. Ürünlerin hidrofobisitesini belirlemek amacıyla temas açısı ölçümleri yapılmış ve gerek morfolojik yapısını gerekse nano boyutta ürün üretildiğini tespit etmek amacıyla SEM cihazı kullanılmıştır. Sonuç olarak, nano yapılı Çinko Boratın başarıyla sentezlendiği, proses parametreleri değişiminin, verimi; farklı modifiye ajan kullanımının da hidrofobisiteyi önemli ölçüde etkilediği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Turkey is one of the leadings countries with boron reserves and ore grade in the world. Nevertheless product range is very little according to possessed potential. Therefore, it is necessary to work to produce different boron products. Zinc borate is one of those. Zinc borate is used as fire retardant and smoke suppressant additives. Zinc borate is also used as anti-fungal and anti-bacterial additive in wood composites, as raw material for borosilicate materials, as lubricating oil additives, and as ceramics flux.Generally zinc oxide and boric acid are used to produce zinc borate. In this study, zinc carbonate was used instead of zinc oxide as zinc source and production of zinc borate was carried out by using different boron minerals and different stirred system.In study, first of all, it was studied to produce hydrophobic and nano structure zinc borate by using reference boric asid produced from colemanite as boron source and zinc carbonate as zinc source. In second stage, firstly boric acid was produced from borax decahydrate and it was seen that boric acid produced from borax decahydrate is similar to reference boric acid. Second stage was completed by using boric acid produced from borax decahydrate and zinc carbonate for production of zinc borate. Different modified agents as propylene glycol (PG), kerosene and oleic acid (O.A) were used to produce hydrophobic zinc borate and different solvents as isopropyl alcohol (IPA), ethanol and methanol were used to obtain homogenous phase and the effects of using different modified agents with different solvents on hydrophobicity were investigated. In addition, the effects of reaction parameters as reaction time, reactant ratio, temperature, stirring rate, seed and cooling temperature on yield were investigated by using magnetic stirrer and the results obtained by using mechanic stirred glass reactor were compared at optimum points. As a result, it was seen that yield obtained by using mechanic stirred glass reactor is higher than yield obtained by using magnetic stirrer.The characterization of the obtained products was determined with analytical methods and XRD, FT-IR. Contact angle measurements were carried out to determine hydrophobicity of products and SEM was used to determine both morphological structure and nano structure of products. As a result, it was seen that zinc borate was produced successfully and changing of process parameters affected to yield and using different modified agents affected to hydrophobicity.