Hidrofobik silika aerojel eldesinde kullanılan kimyasalların etkisi
The effects of using various chemicals to hydrophobic silica aerogel synthesis
Yazar: AYBÜKE MERVE KESİK
Danışman: PROF. DR. HABİBE CANAN CABBAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Silika aerojeller olağanüstü nitelikleri nedeniyle teknolojik ve bilimsel uygulamalar için tercih edilen malzemelerden biridir. Ancak aerojel yüzeyindeki polar OH grupları neme karşı hassasiyet gösterdiği için prosesin büyük ölçekli ticarileştirilmesini engellemektedir. Bu sorunu çözmek amacıyla hidrofobik silika aerojel sentez çalışmaları yapılmaktadır. Bu araştırmada sol-jel yöntemi ve ortam basıncında kurutma yöntemi ile yüksek hidrofobikliğe sahip silika aerojel sentezi hedeflenmiştir. Öncelikle hidrofilik yapıdaki silika aerojeli, hidrofobik özelliğe getirebilmek amacı ile farklı modifikasyon kimyasalları kullanılmış sonrasında parametre olarak farklı asit ve baz derişimlerinde çalışılmış ve son olarak trimetilklorosilan ile yüzey modifikasyonu yapılarak üretilen aerojellerin hidrofobiklik özelliğini daha da arttırmak amacıyla baz katalizör aşamasında dimetilformamid kullanarak hidrofobiklik üzerine etkisi gözlemlenmek istenmiştir. Üretilen aerojellerin karakterizasyonu yapılmış, yüzey alanı ölçüm cihazı ile gözenek hacmi ve yüzey alanı tespit edilmiştir. Elde edilen hidrofobik silika aerojellerin yüzey alanı değerleri 455 m2/g ile 974 m2/g aralığında değişmiştir. Temas açısı analizi neticesinde en yüksek temas açısı değerine trimetilklorosilan kullanılarak hazırlanan aerojellerde (134.89o ile 142.25o) ulaşılmıştır. Modifikasyon esnasında jel yüzeyinde istenen bağların oluşup oluşmadığı Fourier Kızılötesi Spektroskopisi ile yapılan ölçümler neticesinde gözlemlenmiştir. Taramalı Elektron Mikroskobu analizleri ile alınan görüntüler sayesinde sentezlenen aerojellerin yapı morfolojileri, gözeneklerin karakteristikleri incelenmiştir.

Abstract:
Silica aerogels are one of the most versatile materials available for technological and scientific applications because of their exceptional properties. However, as they possess polar OH groups on their surface the aerogels are moisture sensitive, which is one of the major obstacles to their large-scale commercialization. In order to solve this problem hydrophobic silica aerogels are synthesized. In this study, we aimed synthes of aerogel which have a high hydrophobicity via sol-gel method and drying at ambient pressure. Initially various surface modification agents were chosen to synthes hydrophobic aerogel. High hydrophobic properties obtained by surface modification using the trimethylchlorosilane agents with 142,25o contact angle. Then as another parameter, the acid and the base concentration was changed. Finally, to observe the effect of dimethylformamide on hydrophobicity,  dimethylformamide was added in the base catalyst phase and aerogels were modified with trimethylchlorosilane. Characterization of aerogels was made. Brunauer-Emmett-Teller analyses were carried out for the measure of surface area, pore size and pore volume. The surface area values ranged from 455 m2/g to 974 m2/g. The hydrophobicity of aerogels was characterized with contact angle measurements. The contact angle values with using trimethylchlorosilane modified gels ranged from 134.89 to 142.25. Surface chemical modification of the aerogels was studied using Fourier Transform Infrared Spectroscopy, which gave information about the chemical bonding. With the Scanning Electron Microscope studies the pore and particle size and the pore characteristics were examined.