Bazı önemli bor bileşiklerinin termal kinetiğinin incelenmesi
Inspecting thermal kinetics of some important boron compounds
Yazar: GAMZE ARSLAN
Danışman: PROF. DR. SABRİYE PİŞKİN ; YRD. DOÇ. DR. EMEK MÖRÖYDOR DERUN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Türkiye'nin en önemli yeraltı zenginliklerinden biri olan bor yatakları Batı Anadolu'da yer almakta ve dünya rezervinin büyük kısmı bu bölgede bulunmaktadır. Bor yataklarından elde edilen bor mineralleri, azot, oksijen, hidrojen, sodyum, fosfor, kükürt, silisyum gibi elementlerle reaksiyona girerek bileşik oluştururlar. Bor bileşiklerinin üretilmesinde sulu bor minerallerinin dehidrasyon kinetiğinin belirlenmesi çok önemlidir.Bu tez çalışmasında bor minerali çeşitlerinden olan Hovlit ve İnyoitin dehidrasyon ve dehidroksilasyon kinetikleri izotermal olmayan koşullarda Coats-Redfern ve Ozawa kinetik modelleri kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca, bu minerallerin kristal faz özellikleri ve minerolojik yapıları XRD tekniği ile belirlenmiştir, kimyasal analizleri ise ICP-OES Spektrometre cihazında incelenmiştir. Minerallerin fonksiyonel grup özellikleri FT-IR Spektrometresi ile incelenmiştir. Termal davranışların incelenmesi amacıyla 2°C/dk, 5°C/dk, 10°C/dk, 15°C/dk ve 20°C/dk ısıtma hızları ile 30-900°C tarama aralığında termal bozunma ve buna bağlı kütle kayıplarını gösteren DTA ve TG eğrileri alınmıştır. Bu eğrilerden yararlanılarak minerallerin farklı ısıtma hızlarındaki aktivasyon enerjisi (E), reaksiyon derecesi (n) ve frekans faktörü (k0) değerleri gibi kinetik parametreleri hesaplanmıştır.Coats Redfern metodu ile elde edilen sonuçlara göre Hovlitin aktivasyon enerjisi değeri dehidrasyon reaksiyonu için 10.42-49.74 kJ/mol, dehidroksilasyon reaksiyonu için 428.91-574.35 kJ/mol aralığında bulunmuştur. Hovlit için frekans faktörü değeri sırasıyla 0.16-482.64 dak-1, 2.4.1026-9.57.1035 dak-1 aralığında hesaplanmıştır. İnyoitin aktivasyon enerji değeri dehidrasyon reaksiyonu için 73.45-93.03 kJ/mol, dehidroksilasyon reaksiyonu için 19.45-27.39 kJ/mol aralığında bulunmuştur. İnyoit için frekans faktörü değeri sırasıyla 1.45.109-7.6.1011 dak-1, 4.88.10-1-160.71.10-1 dak-1 aralığında hesaplanmıştır.Ozawa metodu ile Hovlitin dehidrasyon reaksiyonu için ortalama E değeri 457.64 kJ/mol dehidroksilasyon reaksiyonu için 539.60 kJ/mol olarak bulunmuştur. İnyonit için ise ortalama E değerleri dehidrasyon ve dehidroksilasyon reaksiyonları için sırasıyla 87.92 ve 167.49 olarak hesaplanmıştır.Anahtar kelimeler: Hovlit, İnyoit, Dehidrasyon, Dehidroksilasyon, Kinetik Analiz, Coats-Redfern, Ozawa Metodu.

Abstract:
Boron reserves which is the most important underground reserves of Turkey are located in West Anatolian region and most of the world reserves are discovered in this region. The boron minerals obtained from boron reserves react and make compund with the elements such as nitrogen, oxygen, hydrogen, sodium, phosphor, sulphur and silisium.In the present study, dehydration and dehydroxylation kinetics of Howlite and Inyonite were investigated by using Coats-Redfern and Ozawa kinetic models under non-isotermal conditions. Furthermore, crystal phase properties and mineralogical structures were determined by XRD technique and chemical analysises were investigated by the ICP-OES equipment. Functional groups of the minerals were investigated by FT-IR Spectrometer. In order to investigate the thermal behaviours of minerals under different heating rates of 2°C/min, 5°C/min, 10°C/min, 15°C/min ve 20°C/min and at a scanning range of 30-900°C, DTA and TG curves which shows thermal decomposition and weight losses were obtained. Kinetic parameters of the minerals, such as activation energy (E), reaction order (n) and frequency factor (k0) at different heating rates were calculated by using these curves.According to the results obtained by Coats Redfern method, activation energies of Howlite was founded between 10.42-49.74 kJ/mol for dehydration reaction and 428.91-574.35 kJ/mol for dehydroxylation reaction. Frequency factor for Howlite was calculated between 0.16-482.64 min-1, 2.4.1026-9.57.1035 min-1 respectively. Activation energies of Inyoite was founded between 73.45-93.03 kJ/mol for dehydration reaction and 19.45-27.39 kJ/mol for dehydroxylation reaction. Frequency factor for Inyoite was calculated between 1.45.109-7.6.1011 min-1, 4.88.10-1-160.71.10-1 min-1 respectivelyAvarage activation energies of Howlite were founded as 457.64 kJ/mol for dehydration reaction and 539.60 kJ/mol for dehydroxylation reaciton by using Ozawa method. Avarage activation energies of Inyoite for dehydration and dehydroxlylation reactions were founded as 87.92 and 167.49, respectively.Keywords: Howlite, Inyonite, Dehydration, Dehydroxylation, Kinetic Analysis, Coats-Redfern, Ozawa Method.