Zeolitlerde iyon difüzyonunun kromatografik yöntemle incelenmesi

Abstract

ZEOLİTLERDE İYON DİFÜZYONUNUN KROMATOGRAFIK YÖNTEMLE İNCELENMESİ (Doktora Tezi) Gökhan ÖLMEZ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Mayıs 2000 ÖZET Bu çalışmada mikrogözenekli yapıya sahip zeolit-A'da iyon difuzyonu ve adsorpsiyon denge sabitinin analizi için bir metod geliştirilmiştir. Metod moment tekniği temeline dayanmaktadır. Kurulan modelden elde edilen moment ifadelerinden adsorpsiyon denge sabiti ve difuzyon katsayısı bulunmuştur. Bu çalışma iki aşamada yapılmıştır. İlk aşamada zeolit dolu 3.9mmx300mm lik bir kolonda Na+ iyonu izleyici olarak kullanılmış ve adsorpsiyon denge sabiti değerleriyle iyonik difuzyon değerleri bulunmuştur. Moment ifadelerinin deneysel verilerle birlikte yapılan analizi sonucunda sodyum iyonunun adsorpsiyon denge sabitinin hareketli fazın katı zeolit parçacıklanyla uzun süreli temasıyla artış gösterdiği bulunmuştur. Hareketli fazdaki hidronyum iyonlarının uzun süreli temas sonucu zeolit içindeki sodyum iyonu ile yer değiştirmesi zeolitin kimyasal yapısını değiştirmektedir. Sodyumun iyonik difuzyon katsayısının 10`14 m2/s mertebesinde olduğu bulunmuştur. İkinci aşamada ise 4.8mmxS.9mm'lik kolon kullanılarak bu kez önce Cd`^, sonra Na+ iyonları izleyici olarak kullanılmıştır. Cd** ile yapılan deneylerde iyon değişimi gerçekleşmiştir. Bu bölümde geliştirilmiş olan metodda film kütle iletim direnci ihmal edilmiş ve iyon değişimi esnasında gözeneklerdeki iyon difuzyonu analiz edilmiştir. İyon değişim mekanizmasının da eşitliklere katılmasıyla yapılan çözümlerin yine moment analizleri yapılmıştır. Birinci mutlak moment herhangi bir parametrenin fonksiyonu olmadığı halde ikinci merkezi mutlak moment değerinden iyonik difuzyon katsayısı hesaplanmıştır. Bu araştırmada iyonik difuzyon katsayısının mertebesi bu 10`15m2/s olarak hesaplanmıştır. Na+ iyonu ile yapılan deneylerin sonucunda elde edilen iyonik difuzyon katsayısının da 10`14m2/s boyutunda olduğu gözlenmiştir. Sonuç olarak geliştirilen bu metodla kromatografik ölçüm tekniği kullanılarak zeolitlerdeki iyonik difuzyon katsayılarının belirlenebileceği gösterilmiştir. Bilim Kodu Anahtar Kelimeler Sayfa Adedi Tez Yöneticileri 603.02.02 Zeolit, iyon değişimi, sıvı difuzyonu, HPLC. 168 Prof.Dr.Gülşen DOĞU - Prof.Dr. Müjgan ÇULFAZ

u INVESTIGATION OF IONIC DIFFUSION IN ZEOLITES BY CHROMATOGRAPHIC METHOD (Ph.D. Thesis) Gökhan ÖLMEZ GAZİ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY May, 2000 ABSTRACT In this study a method was developed to analyze ion diffusion and adsorption equilibrium constant in microporous Zeolite-A. Moment techique was used to evaluate data from experimental study. Adsorption equilibrium and diffusion constants were found by using moment expressions. This study was conducted in two steps. In first step sodium ions were injected as tracer into the column of 3.9mmx300mm filled Zeolite-A particles. Using data from this step ionic diffusion coefficient and adsorption equilibrium constant were calculated by moment technique. Adsorption equilibrium constant of sodium was found very very low. This value slightly increased with increase in exposure time of mobile phase with Zeolite-A particles. It was concluded that adsorption of ions on the surface icreased due to deformation of solid structure. Ionic diffusion coefficient of sodium was found as 10`14m2/s. In the second step of the study initially cadmium ion and then sodium ions were used as tracer in a column of 4.8mmx5.9mm. Ion exchange was observed in cadmium experiments. In the developed method for this section of the study film mass transfer resistance was neglected and also it was assumed that there is no adsorption mechanism. Ionic diffusion coefficient was calculated from second central moment evaluation. Ionic diffusion coefficient was found as 10`15m2/s in cadmium experiments. On the other hand ionic diffusion coefficient was calculated as 10`14m2/s in sodium experiments. As a result of this study it was shown that ionic diffusion coefficient can be estimated by using chromatografic technique with moment analysis. Science code Key Words Page number Advisors 603.02.02 Ion-exchange, Liquid Diffusion, HPLC. 168 Prof.Dr.Gülşen DO?U -Prof.Dr. Müjgan ÇULFAZ