Nano ve mikron boyutta hidroksiapatit üretimine proses parametrelerinin etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of process parameters on nano and micron sized hydroxyapatite production
Yazar: UMUT UYSAL
Danışman: PROF. DR. MUALLA ÖNER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Büyüme hızı = Growth rate ; Hidroksiapatitler = Hydroxyapatites ; Kristalleşme = Crystallization

Özet:
Kontrollü kristalizasyon, nanometre ve mikrometre aralıktaki benzersiz yapısı ile tanımlanmış parcacıkları üretmenin zorluğundan dolayı, kimya mühendisliğinin en önemli tekniklerinden biridir. Bu çalışmada, hidroksiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2, HAP) kristalleri pH, atmosfer şartları ve sıcaklık kontrol edilerek, başlangıç malzemeleri kalsiyum klorür (CaCl2) potasyum dihidrojen fosfat (KH2PO4) olacak şekilde, kesikli ve sürekli reaktör (MSMPR ? Mixed Solution Mixed Product Removal) kullanılarak üretilmiştir. Kesikli reaktörle yapılan çalışmalarda HAP oluşumu sırasında lateks (akrilik asit polistiren kopolimeri) ve karboksimetil inulin (KMI) polimerleri katkı maddesi olarak kullanılmış ve HAP kristal morfolojisine, yüzey alanına, partikül büyüklüğüne ve boyut dağılımına katkı konsantrasyonlarının etkileri incelenmiştir. HAP kristalleri SEM, BET, FT-IR, XRD ve boyut dağılım ölçerle karakterize edilmiştir. KMI polimer katkısı morfoloji, yüzey alanı, boyut ve partikül boyut dağılımını etkileşmiştir. KMI katkısıyla birlikte boyuttaki azalma C-eksini yönünde oldukça büyüktür. Aglomere haldeki küçük HAP kristalleri SEM fotoğraflarında görülmektedir. X-ışını analizleri partiküllerin yüksek ısıl stabiliteye sahip olduğunu göstermiştir. HAP kristalleri lateks varlığında çöktürüldüğünde, polimer partikülleri büyüyen kristalerin içine katılarak, polimer-inorganik hibrit oluşturmuşlardır. Polimer konsantrasyonlarına bağlı olarak, mikrometre ve mikrometrenin altındaki boyutlarda çubuk şeklinde kristaller elde edilmiştir.MSMPR kristalizörde yapılan çalışmalarda HAP kristallerinin büyüme ve çekirdeklenme hızları ile KMI katkısının kristalizasyona etkileri incelenmiştir. Lineer sayı yoğunluğu modeli deneysel verileri tanımlamak için kullanılmıştır. KMI polimer konsantrasyonunun HAP'ın büyüme hızını etkilediği gözlenmiştir. Yüksek KMI konsantrasyonlarında kristal yapısının iğne şeklinden küre şekline değiştiği görülmüştür.

Abstract:
Control over crystallization is one of the most important techniques in chemical engineering due to its potential to produce well-defined particles with unique structures in the nanometer and micrometer range. In this study, hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2, HAP) crystals were produced via batch and continuous crystallizer (MSMPR ? Mixed Solution Mixed Product Removal) using calcium chloride (CaCl2) and potassium dihydrogen phosphate (KH2PO4) as starting materials. Carboxymethyl inulin (CMI) and latex (acrylic acid polystyrene copolymer) were used as an additive to produce hydroxyapatite (HAP) particles in batch crystallizer under controlled temperature, pH, and atmospheric conditions. The morphology and microstructure of the HAP nanoparticles were investigated by XRD, SEM, FTIR and particle size analyzer. CMI affects morphology, surface area, dimension and particle size distribution of the crystals. The reduction in size is greater in the direction of the c-axis. The SEM micrograph shows the formation of well-crystallized, agglomerated small particles of HAP. X-ray analyses have shown that the resulting particles have high thermal stability. When HAP was precipitated in the presence of latex, the polymer particles become incorporated into the growing crystals, giving polymer?inorganic hybrid materials. Micrometer and submicrometer-sized crystals with a rod like morphology were obtained, depending on the concentration of polymer.In work carried out with MSMPR crystallizer, we investigated the growth and nucleation rate of HAP crystals and the effect of CMI polymer on crystallization. The linear population density model has been used to describe our experimental data. It was observed that the concentration of CMI polymer affects the growth rate of HAP. At the high levels of CMI concentration, it was seen that crystal structure changed needle-shape to spherical-shape particles.