Farklı bor ve çinko kaynaklarından ultrasonik yöntem ile çinko borat üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of zinc borate obtained from different types of boron and zinc compounds with ultrasonic method
Yazar: ALİ CAN ERŞAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NURCAN TUĞRUL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bor elementi doğada karbon ve benzeri başka elementler ile bileşik oluşturduğundan dolayı, bor mineralleri ve bileşikleri olarak bulunmaktadır. Endüstride yüksek saflıkta bor üretimi pahalı ve zorlu bir süreç ile gerçekleşmektedir. Bor mineralleri içerdikleri ana elementlerine bağlı olarak, kalsiyum boratlar, magnezyum boratlar, sodyum boratlar, sodyum-kalsiyum boratlar ve diğer boratlı bileşikler olmak üzere beş ana gruba ayrılırlar. Çinko boratlar doğal olarak bulunmamakla birlikte laboratuvar koşullarında sentezlenebilmektedir. 
Farklı tiplerdeki çinko boratlar, alev geciktirici ve korozyon azaltıcı olarak inorganik hidrate boratlarda kullanımı açısından önemlidir. Çinko ve bor oksit içeriklerine bağlı olarak bunların özellikleri çeşitlilik göstermekte ve plastik, kauçuk, seramik, boya, kablo, elektrik izolasyonu, ahşap uygulamaları, çimento ve farmasotik endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca çinko boratlar sentetik hidrate metal boratlar içinde de sınıflandırılabilir.
Çinko borat, borik asit ve çinko oksitin sulu ortamda 70 °C' üzerinde aralarında oluşan reaksiyonla üretilir. Çinko borat (2ZnO•3B2O3•3,5•H2O) birçok çinko borat tipinden birisidir. Bu bileşik 290 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda hidratasyona uğrayan su gibi farklı bir içeriğe sahiptir. Bu termal stabilite çinko boratı, plastik ve kauçuklar için yüksek sıcaklık gerekli olan proseslerde alev geciktirici bir katkı olarak çekici kılmaktadır. Çinko borat ayrıca kaplama alanında anti korozif pigment olarak da kullanılmaktadır.  
Bu yüksek lisans tez çalışmasında farklı çinko bileşikleri kullanılarak çeşitli bor kaynakları yeni bir yöntem olan ultrasonik yöntem kullanılarak reaksiyona sokulmuş ve reaksiyon sıcaklığının ve süresinin üretime olan etkileri incelenmiştir. Üretilen malzemeler sırası ile X-Işınları Kırınım (XRD), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopi (FT-IR), Raman Spektroskopi teknikleri ile analiz edilecek ve son olarak yüzey morfolojileri ve tane büyüklükleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile belirlenmiştir.
Gerçekleştirilen deneylerin sonucunda en verimli set, XRD sonuçları göz önüne alınarak en yüksek skorlu çinko boratın sentezlenmiş olduğu Set-3 olarak belirlenmiştir. 90°C 55 dakikada sentezlenen ürünün skoru 75, verimi %98 olarak elde edilmiştir. Sentezlenen çinko boratların için sentezin gerçekleşme süresi göz önüne alındığında en verimli set Set-4 olarak belirlenmiştir. Bu sette sentez süresi 55 dakikadan 40 dakikaya kadar düşürülmüştür. 90°C 40 dakikada sentezlenen ürünün skoru 66, verimi %98,70 olarak elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Çinko borat, borik asit, çinko oksit, ultrasonik

Abstract:
Boron is, due to forming compounds with carbon and other similar elements, are found as compounds of boron minerals. Industrial production of high-purity boron is carried out in an expensive and difficult process. Depending on the main elements boron minerals contain calcium borate, magnesium borate, sodium borate, sodium-calcium borate and other borate compounds are divided into five main groups. Zinc borate can be synthesized in a laboratory, although not found naturally.
The different types of zinc borate is important for reducing the use of inorganic hydrated borate as flame retardant and corrosion. Zinc and boron oxide content to vary depending on their properties and plastic, rubber, ceramics, paint, cable, electrical insulation, wood applications, cement is commonly used in pharmaceutical industry. In addition, synthetic hydrated zinc borate can be classified as metal borates. 
Zinc borate, as a result of entry of the reaction of boric acid and zinc oxide in the aqueous medium is produced over 70 °C. Zinc borate (2ZnO•3B2O3•3,5. H2O)  is one of the many kinds of zinc borate. These compounds at temperatures above 290 OC has a different content, such as water subjected to hydration. This thermal stability, zinc borate flame retardant in plastics and rubbers for high temperature processes are required as an additive makes it attractive. Zinc borate is also used as anti-corrosive pigments in the coating.
In this master thesis it was examined a variety of different zinc sources using boron compounds to be reacted with a new method using ultrasonic methods and their effects on the production of the reaction temperature and time. The materials are analyzed with X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and Raman spectroscopy techniques. Finally, the surface morphology and particle size of materials are determined by Scanning Electron Microscope (SEM).
As a result of performed experiments, Set-3 was determined the most efficient set, which is the highest scored products according to the XRD results. In 90°c and 55 minutes, the score was obtained 75 in %98 yield. According to the time for realization for the synthesis of the synthesize zinc borates, Set-4 was determined the most efficient set. Synthesis time was reduced from 55 minutes to 40 minutes in this set. In 90°c and 55 minutes, the score was obtained 66 in %98,70 yield.

Keywords: Zinc borate, boric acid, zinc oxide, ultrasonic