Elektron spin rezonans (ESR) tekniğiyle zeolitlerdeki hareketli ve hareketsiz su tabakalarının belirlenmesi

Abstract

ÖZET Bu tez çalışmasında Elektron Spin Rezonans (ESR) tekniği ayrıntılı olarak anlatıldıktan sonra bugünün eşsiz materyalleri olan zeolitlerdeki su tabakalarının donma durumu, hareketliliği ve sistemin durulma mekanizması bu teknikle araştırılmıştır. Bu nedenle sırasıyla 3,4,5 ve 10A gözenek çaplı zeolitlere (Type 3A, Type 4A, Type 5A ve 13X) ad- +2 sorplatılan Cu(H20)g kompleksinin sıcaklığa bağlı ESR spektrumları alınarak çizgi genişliğinin sıcaklıkla değişim grafikleri çizilmiştir. Grafiklerin yorumundan ESR çizgi genişliğinin yüksek sıcaklıklarda spin dönme etkileşimi o ile değiştiği, 3,4 ve 5A gözenek çaplı zeolitlerde oda sıcaklığında bile yüzeyden itibaren ilk su tabakalarının donma durumunda, içteki su tabakalarının ise hareketli olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca dar gözenekli zeolitteki suyun o buzdan daha vizkoz olduğu anlaşılmıştır. 10A gözenek çaplı zeolitteki suyun ise normal su gibi olduğu yani katı fazda sıvı su gibi olduğu ve bu nedenle donma ile kristalize edilemeyeceği ortaya konmuştur. Benzer işlemler.heulandite` ve `clinoptilolite` adlı iki doğal zeolit için yapılmış ve çizgi genişliğinin sıcaklıkla değişim grafikleri 10A gözenek çaplı zeolitinkine benzediğinden (artan sıcaklıkla sürekli artan) gözenek çaplarının da bu civarda olması gerektiği tespit edilmiştir. Bu doğal zeolitlerdeki suyun ise İÖA gözenek çaplı numunedeki gibi olduğu ortaya konmuştur.

ii SUMMARY In this work, Electron Spin Resonance (ESR) technique was described in detail, and the water layers in zeolites which are the unique metarials of modern technology, their mobility, freezebility and the relaxation mechanisms are investigated using this technique. In order to observe the behaviors of water layers in zeolites, four types of zeolite with different pore diameters 3,4,5 and 10a (Type 2+ 3A, Type 4A, Type 5A and 13X) were chosen, and Cu(H20)g complex as a spin probe was adsorbed to these zeolites. 2+ The ESR spectra of Cu(H20)g complexs in zeolites are taken at different temperatures, and the linewidth variations with respect to temperature were measured. The plots of linewidths against temperature show that the linewidth changes with spin-rotation interaction at high temperatures. In the zeolites with pore diameters of 3,4 and 5A, the water layers close to the surface are immobile even at room temperature and inner water layers are mobile. In addition, the spectra indicate that the water in the zeolite with small pores is more viscous than ice. In the zeolite with pore diameter of 10a, the water behaves the same as normal water, that is to say, it remains the same in the solid phase and cannot be crystallized on freezing. The same treatment was carried out with natural zeolites called `clinoptilolite` and heulandite`. The linewidth variation with temperature is the same as of the one with pore diameter of 10a. Therefore, it is concluded that the pore diameters of clinoptilolite and heulandite must be around 10a, and the water behaves exactly the same as the one in the zeolite with pore diameter of 10A.