Bergama Altın Madeni atığından mezogözenekli silika üretimi ve üretim parametrelerinin incelenmesi
Mesoporous silica production from Bergama Gold Mine waste and investigations of its production parameters
Yazar: İLAYDA ACAROĞLU
Danışman: PROF. DR. SABRİYE PİŞKİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında yüksek silisyum içeriğine sahip Bergama altın madeni atığından MCM-41 sentezi ve optimum sentez parametrelerini belirlemektir. Bunun için öncelikle altın madeni atığının XRD ve XRF analizleri gerçekleştirilerek; MCM-41'in sentezinde temel hammadde olarak kullanılan Si'yi yapısında yüksek oranda içerdiği kanıtlanmıştır. XRF analizi sonucunda altın madeni atığının %77,7 oranında SİO2 içerdiği bunun yanında başka yapılarında (Al2O3, K2O, CaO, TiO2, MnO, Fe2O3, MoO3 ve BaO) bulunduğu saptanmıştır. MCM-41 üretimi için gerekli olan SiO2 yapısının altın madeni atığından ekstraksiyonu için ultrasonik ve füzyon yöntemi olmak üzere iki farklı yöntem denenmiştir. Farklı yöntemlerle elde edilen çözeltilerin ICP/OES analizleri gerçekleştirilmiş ultrasonik ve füzyon yönteminden elde edilen çözeltilerin sırasıyla 5470 mg/L ve 28030 mg/L Si içerdiği belirlenmiştir. Buna göre füzyon yönteminin daha etkili olduğu görülmüş ve MCM-41 üretimi için füzyon yöntemi ile elde edilen Si çözeltisi kullanılmıştır.MCM-41'in üretimini etkileyen reaksiyon süresi, sıcaklığı ve pH parametrelerinin üretim mekanizması üzerine etkileriincelenmiştir. Bu amaçla, üretim farklı sürelerde (15 dk., 30 dk., 60 dk., 90 dk. ve 180 dk.), farklı reaksiyon sıcaklıklarında (30 oC, 40 oC, 50 oC, 60 oC ve 70 oC) ve pH'ın etkisini incelemek amacıyla farklı asidik (pH: 1-6) ve bazik pH'larda ( pH: 7-14) MCM-41 üretimi gerçekleştirilmiştir. XRD ve FT-IR analizleri sonucunda optimum reaksiyon koşulları 30 oC, 60 dakika ve pH 11 olarak belirlenmiştir.Çalışmanın devamında altın madeni atığından üretilen MCM-41'in (MA) sentez mekanizması için optimum koşullar (30 oC, 60 dk. ve pH: 11) belirlendikten sonra, ürünün kimyasal özellikleri ile karşılaştırma yapmak amacıyla saf silika kaynağı olan tetra etil orto silikat'ta (TEOS) MCM-41 (Mss) sentezi gerçekleştirilmiştir. Mss'in karakterizasyonu için; XRD, FT-IR, SEM ve TG/DTG analizleri ve MA'nın karakterizasyonu için; XRD, FT-IR, XPS, TEM, SEM ve TG/DTG analizleri gerçekleştirilmiştir. Mss ve MA'nın XRD ve FT-IR analizleri hem kalsinasyon öncesi hem de kalsinasyon sonrası gerçekleştirilip kalsinasyonun ürünlerin üzerine etkisi incelenmiştir. XRD ve FT-IR analizleri incelendiğinde kalsinasyon işlemi sonucunda yüzey neminin, yüzey aktif madde ve silanol yapılarının yapıdan uzaklaşmasını sağladığı görülmüştür.Buna ek olarak, kalsinasyon işlemi öncesi Mss ve MA'nın termal analizleri gerçekleştirilerek yapıdaki yüzey aktif madenin bozunma kinetiği Kissenger-Akahire-Sunose (KAS) ve Friedman (FR) kinetik modelleri kullanılarak incelenmiştir. Bu kinetik modeller kullanılarak hesaplanan aktvasyon enerjileri (Ea) karşılaştırıldığında; bu iki kinetik yöntemin birbiriyle uyumlu olduğu görülmüştür.

Abstract:
The aim of this study was the synthesis of MCM-41 from Bergama gold mine waste, which provided a high silicon source, and the investigation of the synthesis? parameters. The silicon contents of the gold mine waste were investigated with XRF analysis, which proved the waste contained silicon. The analysis indicated that the gold mine waste contained 77.7% silicon by weight and also has other components (Al2O3, K2O, CaO, TiO2, MnO, Fe2O3, MoO3 ve BaO.)For the extraction of silicon from gold mine waste, two different methods were investigated, ultrasonic and fusion. The solutions obtained with these methods were examined using ICP/OES analysis, reporting silicon contents of 5470 mg/L and 28030 mg/L respectively. Accordingly, the fusion method is optimal for the synthesis of MCM-41; therefore, this method was used for experimental synthesis of MCM-41.The reaction time, temperature, and pH adjustments are the parameters which have most influence on the synthesis? mechanism. For the purpose of examining these parameters, the synthesis was achieved at different reaction times (15 minutes, 30 minutes, 60 minutes, 90 minutes and 180 minutes), reaction temperatures (30 oC, 40 oC, 50 oC, 60 oC and 70 oC) and both alkaline pH adjustments (1-6 pH) and asidic pH adjustments (7-14 pH). According to the XRD and FT-IR analysis, the optimum conditions were discovered to be at 30 oC, 60 minutes and pH 11.After the discovery of the optimum conditions for the MCM-41 synthesis, from gold mine waste (MA), and for a comparison, a reference synthesis of MCM-41 (MSS), from a pure silicon source (TEOS), was done. The properties of MSS were examined by XRD, FT-IR, SEM and TG/DTG analysis. In addition, the properties of MA were examined by XRD, FT-IR, XPS, TEM, SEM and TG/DTG analysis. The effect of calcinations to MSS and MA were studied with XRD and FT-IR analysis and the investigated calcinations assisted the evaporation of surface moisture, surfactant and silanol groups.In addition the thermal analysis were done before calcination process and due to this analysis Kissenger-Akahire-Sunose (KAS) and Friedman (FR) kinetic methods were examined for MSS and MA structures. These two kinetic methods? results were proved to be nearly identical.