Kalsiyum karbonat (CaCO3) üretiminde reaksiyon parametrelerinin incelenmesi ve morfolojinin kontrolü
The investigation of reaction parameters on the formation of calcium carbonate (CaCO3) and controlling of morphology
Yazar: SEMRA KIRBOĞA OKUMUŞ
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: Adsorpsiyon = Adsorption ; Kalsiyum karbonat = Calcium carbonate ; Kristal büyütme = Crystal growth ; Kristal yapı = Crystal structure ; Kristalleşme = Crystallization ; Polimorfizm-genetik = Polymorphism-genetic ; İnhibisyon = Inhibition

Özet:
Kalsiyum karbonat kristalizasyonu hem endüstriyel uygulamalarda hem de biyomineralizasyonda önemli bir mineral olduğu için yoğun bir şekilde çalışılmaktadır. Kalsiyum karbonat katkı maddesi olarak yiyecek, kağıt, kozmetik, kauçuk ve plastik sanayi gibi çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Dolgu maddesi olarak kullanımı dışında, sülfür dioksitin temizlenmesi, cam üretimi, atık arıtma ve ağır metal giderimi gibi çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Yüzeylerde kalsiyum karbonatın çökmesi endüstriyel ekipmanlar için büyük problemdir.Bu çalışmada, sulu çözeltilerden kalsit çökme kinetiği karboksimetil inülin (KMİ) varlığında sıcaklık, pH, aşırı doygunluk (S = 4.8) ve iyonik gücün (I = 0.1M) kontrol edildiği sabit kompozisyon metodu ile çalışılmıştır. Kalsiyum karbonat kristal büyümesi düşük konsantrasyondaki KMİ varlığında engellenmiştir.Çalışmanın ikinci aşamasında, KMİ biyopolimeri kullanılarak kesikli kristalizatör ile kalsiyum karbonat kristalizasyonu gerçekleştirilmiştir. Kesikli kristalizatör sisteminde, katkı maddesinin, başlangıç reaktant konsantrasyonunun ve reaktant hızının kristal morfolojisine, yüzey alanına, parçacık büyüklüğüne etkisi incelenmiştir. Ayrıca, kalsiyum karbonat morfolojisine ve kristal boyutuna ultrasonik ses dalgalarının etkisi incelenmiştir. Örnekler XRD, FT-IR, TG/DTA, BET ve SEM analizleriyle karakterize edilmiştir. KMİ varlığında sentezlenen kalsiyum karbonat kristallerin polimorfu saf kalsitten kalsit-vaterit karışımına dönüşmüştür. SEM görüntüleri biyopolimer varlığında ortalama kristal boyutun azaldığını göstermiştir. Biyopolimer yokluğunda ve varlığında sentezlenen kalsiyum karbonat kristalleri adsorban olarak sulu çözeltilerden Cu+2 gideriminde kullanılmıştır. Elde edilen veriler adsorpsiyon kinetik modeller ile tanımlanmıştır.

Abstract:
The crystallization of calcium carbonate has been intensely studied because it is important mineral in both industrial applications and biomineralization. It is widely used in various industrial fields as an additive to foods, paper, paint, cosmetic, rubber and plastics. Apart from being used as filler, it is also used in a variety of applications such as sulfur dioxide scrubbing, glass manufacture, waste treatment and heavy metal complexation. Precipitation of calcium carbonate on surfaces is a major problem for industrial equipment.In this work, the kinetics of precipitation of calcite (CaCO3) from aqueous solution in the presence of carboxymethyl inulin (CMI) were studied by constant composition method under strictly controlled temperature, pH, supersaturation ratio (S = 4.8) and ionic strength (I = 0.1 M). The crystal growth of calcium carbonate (CaCO3) was inhibited in the presence of CMI at low concentration.In the second part of the experiments, we were carried out the calcium carbonate crystallization using batch crystallizer with biopolymer. The effect of additive, initial concentration and adding rate of reactant on the crystal morphology, specific surface area and particle size was investigated in the batch crystallizer system. The effect of ultrasound wave on the morphology and crystal size of calcium carbonate was also studied. Samples were characterized with XRD, FT-IR, TG/DTA, BET and SEM analysis. In the presence of CMI, the polymorph of the synthesized calcium carbonate crystals changed from pure calcite to the mixture of vaterite and calcite. The investigation of SEM photographs showed that the mean crystal size reduced in the presence of biopolymer. The calcium carbonate crystals obtained in the absence and presence of biopolymer were used as adsorbent at the removal of Cu+2 from aqueous solutions. The data obtained were defined by the adsorption kinetics models.