Nadir toprak elementlerinin ayrılmasında kullanılacak iyonik sıvı sentezi ve geliştirilen iyonojellerin kullanılabilirliğinin incelenmesi
Synthesis of ionic liquid for the separation of rare earth elements and investigation of the usability of improved ionogels
Yazar: SAHRA DANDIL
Danışman: PROF. DR. ÇAĞLAYAN AÇIKGÖZ ; DR. PETER NOCKEMANN
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Membran sistemler = Membrane systems

Özet:
Tez çalışması kapsamında malonamit ile fonksiyonelleştirilmiş bir iyonik sıvı ([MAL][NTf2]) sentezlendi. İyonik sıvının sentezi dört aşamada gerçekleştirildi ve yapısı NMR, FTIR ve HRMS analizleri ile aydınlatıldı. Çalışmaların ilk kısmında, sentezlenen iyonik sıvı kullanılarak Nd, Dy, Eu, La, Lu, Y ve Yb NTE'lerinin, Ba, Mg, Al, Fe, Ni ve Co metallerinin, yeşil, mavi ve kırmızı fosforların ve Nd/Dy ve Eu/Zn karışımlarının asidik ortamda sıvı - sıvı ekstraksiyonları gerçekleştirildi. Ekstraksiyon çalışmaları pH'a bağlı olarak sürdürüldü ve metal konsantrasyonları ICP analizi ile belirlendi. Daha sonra sentezlenen iyonik sıvıya katı bir form kazandırmak amacıyla; iyonik sıvı bir silika kaynağı (TMOS, TEOS, MTMS) ve hem çözücü hem de katalizör olarak kullanılan formik asit ile iyonojel haline getirildi. İyonojel oluşumu için silika kaynağı cinsi, bileşenlerin molar oranları, jelleşme zamanı ve yaşlandırma zamanı gibi sistem parametreleri incelendi. İyonojeller BET, SEM, TEM, FTIR, Raman, TGA, XRD, UV-Vis, CHN-S analizleri ve sertlik testi ile karakterize edildi. Son olarak, elde edilen iyonojellerin endüstriyel olarak büyük öneme sahip Eu/Zn karışımlarının ayrımında membran olarak kullanılabilirliği test edildi. Membran sistem çalışmalarında kullanılmak üzere bir cam difüzyon hücresi tasarlandı ve ayrımın gerçekleşebilmesi için sistem parametreleri çalışıldı. Elde edilen sonuçlara göre; malonamit ile fonksiyonelleştirilmiş iyonik sıvının La(III), Dy(III), Yb(III) ve Lu(III) ayrımında sırasıyla % 71, % 92, % 79 ve % 88 oranında yüksek ekstraksiyon yüzdeleri verdiği ve nadir toprak elementleri için seçicilik gösterdiği belirlendi. Kararlı iyonojeller TEOS: formik asit molar oranı 1 : 8, jelleşme zamanı 96 saat ve yaşlandırma zamanı 8 gün için elde edildi. Sentezlenen iyonojellerin geniş yüzey alanı, gözenekli yapı, termal kararlılık ve amorf yapı gösterdiği belirlendi. Membran sistem çalışmalarında besleme fazı olarak 1 M HCl içinde bulunan Eu/Zn karışımı için alıcı faz olarak 0,1 M Na2CO3 kullanıldığında, % 24 oranında Zn(II)'nin alıcı faza geçerek Eu(III)'ten ayrılabildiği tespit edildi. Günümüzde birçok farklı alanda yaygın bir şekilde kullanılan NTE'lerin ayrımında, sentezlenen iyonik sıvı ve geliştirilen iyonojellerin kullanılabilirliği yeşil kimya alanında oldukça önemli ve umut vericidir.

Abstract:
In the study, a malonamide functionalized ionic liquid ([MAL][NTf2]) was synthesized. The synthesis of ionic liquid was carried out in four steps and the structure was evaluated by NMR, FTIR and HRMS analyzes. In the first part of the study, solvent extractions of Nd, Dy, Eu, La, Lu, Y and Yb rare earth elements, Ba, Mg, Al, Fe, Ni and Co metals, green, blue and red phosphors and Nd / Dy and Eu/Zn mixture were carried out using the synthesized ionic liquid in an acidic medium. The extraction studies were followed depending on pH. The metal concentrations were determined by ICP analysis. Then, in order to give a solid form to the synthesized ionic liquid; the ionogel was synthesized with a silica source (TMOS, TEOS, MTMS) and formic acid used as both a solvent and a catalyst. System parameters such as silica source type, molar ratios of components, gelling time and aging time were investigated for ionogel formation. Ionogels were characterized by BET, SEM, TEM, FTIR, Raman, TGA, XRD, UV-Vis, CHN-S analyses and hardness test. The obtained ionogels were tested for their applicability as a membrane in the separation of industrially important Eu / Zn mixtures. A glass diffusion cell was designed as a membrane system and system parameters were studied to enable the separation. According to the results; [MAL][NTf2] gave high extraction percentages of 71%, 92%, 79% and 88%, respectively, for La(III), Dy(III), Yb(III) and Lu(III), and showed selectivity for rare earth elements. Ionogels were obtained with the TEOS: formic acid molar ratio of 1 : 8, gelation time of 96 hours and aging time of 8 days. The ionogels synthesized in this way presented high surface area, porous structure, thermal stability and amorphous structure. In the membrane system studies, 24% Zn(II) was transferred to the receiving phase and seperated from Eu(III) by using Eu/Zn mixture in 1 M HCl as feed phase and 0.1 M Na2CO3 as receiving phase. Nowadays, on the separation of rare earth elements widely used in many different fields, the use of synthesized ionic liquid and developed ionogels is very important and promising for green chemistry.