Demir esaslı metal organik kafes yapının üretimi, modifikasyonu ve CO2 adsorpsiyonlarının incelenmesi
Synthesis and modification of iron based metal organic framework and investigation of CO2 adsorption
Yazar: ALİ BARAN NARİN
Danışman: PROF. DR. MERAL TURABİK
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Kimya = Chemistry ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Metal Organik Kafesler (Metal Organic Frameworks, MOF) yüksek gözeneklilik oranına sahip, organik-inorganik hibritlerin oluşturduğu yapılardır. Bu tez çalışmasında, demir esaslı metal organik kafes yapılardan biri olan MOF-235, mikro ve nano boyutta sentez yöntemlerine ve amin(NH2) ile modifiye edilmiştir. Bu işlemler sonunda, MOF-235(Fe), Nano MOF-235(Fe), NH2-MOF-235(Fe) ve Nano NH2-MOF-235(Fe) malzemeleri üretilmiş ve SEM, EDX, DLS, XRD, FT-IR, TGA, BET yüzey alanı ve gözeneklilik analizleri ile karakterize edilmiştir. 
MOF-235(Fe)'in SEM görüntülerinde morfolojik yapının oktahedral olmasına karşın amin ile modifikasyonu sonucu hegzagonal mikrospindel yapıya dönüştüğü gözlenmiştir. Nano sentez yöntemiyle malzemenin boyutu küçülürken gözenek çaplarının arttığı saptanmıştır. N2 gazı kullanılarak gerçekleştirilen BET analizi sonuçlarına göre elde edilen aktif BET yüzey alanları sırasıyla 1026, 1433, 478, 712 m2/g'dir. Nano sentez yöntemi, yüzey alanında artış sağlarken amin ile fonksiyonlama işlemi gözeneklere amin moleküllerinin yerleşmesi sebebiyle yüzey alanlarında azalmaya neden olmuştur. Ancak amin modifikasyonu ile yüzeyin bazikleşmesi sonucunda, yüzey ile asidik karaktere sahip olan CO2 gazı molekülleri arasında elektrostatik etkileşimin artması sonucu CO2 gaz adsorpsiyonunda artış sağlanmıştır. 
Üretilen bu malzemelerin 0°C ve 25℃'de CO2 adsorpsiyonları incelenmiş ve sıcaklığın CO2adsorpsiyonu için negatif etki yaptığı saptanmıştır. MOF-235(Fe), Nano MOF- 235(Fe), NH2-MOF-235(Fe) ve Nano NH2-MOF-235 (Fe) malzemeleri için 0℃'de CO2 adsorpsiyonu için sırasıyla 4,87, 4,94, 5,87, 6,43 mmol/g değerleri elde edilmiştir. Sonuçlar, nano sentez yöntemin ve amin ile modifikasyonun, MOF malzemelerinin CO2 adsorpsiyon kapasitelerini arttırdığını göstermiştir.

Abstract:
Metal Organic Frameworks (MOF) are structures of organic-inorganic hybrids with high porosity. In this thesis, MOF-235, which is one of the iron based metal organic frameworks, was produced according to the synthesis methods in micro and nano dimensions and modified with amine (NH2). The materials, MOF-235(Fe), Nano MOF-235(Fe), NH2- MOF-235(Fe) and Nano NH2-MOF-235(Fe) were obtained and characterized by SEM, EDX, DLS, XRD, FT-IR, TGA, BET surface areas and pore analyses. 
It was observed that in the SEM images of MOF-235(Fe), although the morphological structure was octahedral, it was converted to hexagonal microspindel structure by amine modification.  It was determined that the pore diameters increased while the size of the material decreased by nano synthesis method. According to the results of BET analysis by using N2 gas, the active BET surface areas were obtained as 1026, 1433, 478, 712 m2/g, respectively. While the nano synthesis method increased the surface areas, amine functionalization caused reduction in the surface areas due to the placement of amine molecules in the pores. However, as a result of the basicization of the surface by the amine modification, CO2 gas adsorption was increased because of the increase of electrostatic interaction between the surface and the acidic carbon dioxide molecules.
The CO2 adsorption of these materials was examined at 0℃ and 25℃ and it was found that temperature had a negative effect on CO2 adsorption. The CO2 adsorption amount of MOF-235(Fe), Nano MOF-235(Fe), NH2-MOF-235(Fe) and Nano NH2-MOF-235(Fe) materials at 0℃ were determined as 4,87, 4,94, 5,87, 6,43 mmol/g, respectively. The results showed that nano synthesis method and modification with amine increased the CO2 adsorption capacity of MOF materials.