Mikrodalga sisteminde karbon nanomalzeme sentezi
Carbon nanomaterial synthesis in microwave system
Yazar: EMRE URAZ
Danışman: PROF. DR. HASAN FERDİ GERÇEL
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Karbon temelli materyaller = Carbon based materials ; Mikrodalga fırın = Microwave oven ; Nanotüp = Nanotube

Özet:
Karbon nano malzemeler 1991'de karbon nanotüpler ve 2004 yılında grafen için ilk üretim tekniklerinin bulunmasından itibaren üstün fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı çok sayıda araştırmaya konu olmuştur. Karbon nanotüpler (KNT'ler) spor, savunma sanayii, otomotiv gibi sektörlerde kullanılmaya başlanmıştır ve uygulamaları gittikçe genişlemektedir. Katalitik buhar biriktirme (CCVD) yöntemi KNT üretiminde en yaygın kullanılan yöntemdir. CCVD yönteminde KNT üretimi için bir metal katalizöre, karbon içeren bir öncü maddeye, inert bir ortama ve taşıyıcı bir gaza ihtiyaç vardır. Her ne kadar CCVD yöntemi çok çalışılmış ve bilinen bir yöntem olsa da daha kolay ve ucuz KNT üretim yöntemlerinin araştırılması gerekmektedir. KNT'lerin özellikleri genellikle üretim yöntemi ile ilişkilidir. Farklı yöntemlerle üretilen KNT'lerin farklı ihtiyaçlara cevap vermesi olasıdır. Bu çalışmada atmosfer ortamında ve atmosfer basıncında ev tipi bir fırında KNT ve diğer karbon nanoyapıların üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu üretim için grafit, ferrosen, karbon fiber kullanılmış ve sonradan bu bileşime ek bir karbon kaynağı olarak benzen eklenerek çalışma genişletilmiştir. Çeşitli bileşimler denenerek elde edilen KNT'ler üretim yöntemine uygun bir saflaştırma yöntemi seçilerek saflaştırılmış ve Raman, SEM, UV-vis spektrofotometresi ve tane boyutu analizlerine tabi tutularak karakterize edilmiştir. Yapılan çalışmada toplam reaksiyona giren madde kütlesinin süreç verimi açısından çok önemli bir parametre olduğu görülmüş ve reaksiyon hacmine göre seçilen toplam kütleden sonra hammadde bileşiminin ikincil bir etkisi olduğu görülmüştür. KNT sentez süreci sırasında yan ürün olarak yoğun miktarda soğanımsı karbon nanoküreler elde edilmiştir.

Abstract:
Carbon nanomaterials have become the subject of numerous studies since the discovery of production methods for carbon nanotubes in 1991 and for graphene in 2004 owing to their extraordinary physical and chemical properties. Carbon nanotubes (CNTs) have already found their applications in but not limited to sports equipments, automotive industry and defence industry. Catalytic chemical vapour deposition (CCVD) method has dominated CNT production over the years since its discovery. In CCVD method; a metal catalyst, a carbon precursor, heat, inert medium and a carrier gas are required. Even though CCVD is a well developed and studied method, efforts towards finding simpler and cheaper methods to synthesize CNTs are needed. The properties of CNTs are usually related to their respective production method. Its possible that different approaches for CNT production are better suited for some applications than others. In this study, CNTs as well as other carbon nanostructures are synthesized in a domestic microwave oven in atmospheric pressure and medium. Graphite, ferrocene and carbon fiber are used for synthesis with the addition of benzene to these materials as a carbon precursor at later stages of the study. CNTs obtained at different reactant compositions are purified with a suitable method and then were characterized by Raman analysis, SEM, UV-vis spectrophotometry and particle size distribution studies. It was concluded that the total mass of reactants used for he reaction volume is the most important parameter for the efficiency of the process.The composition of the reactants had a secondary effect on yield. In the synthesis process, onion like carbon nanospheres were also obtained as a by product to CNTs.