Çevre ve enerji uygulamaları için silika aerojel kompozitler

Abstract

Bu tez çalışmasında silika aerojeller hidro(solvo)termal sentez yöntemiyle hazırlanmıştır. Aerojellerin çeşitli modifikasyonlar ile esnekliği, gözenekliliği, yüzey morfolojisi, hidrofilik/hidrofobik özellikleri kontrol altına alınmıştır. Silika aerojel ağlarında polimerik yapıların oluşması sağlandığı gibi polimerik yapı direkt eklenerek de kompozit yapılar hazırlanmıştır. Bununla birlikte ortama SiO2, karbon küreleri/partikülleri (CP) gibi nano/mikro partikül eklenerek SiO2-silika aerojel, CP-silika aerojel iç içe geçmiş ağ yapılar (IPN) hazırlanmıştır. Sentez sonrası yüksek yüzey alanına sahip silika aerojel-polimer kompozit ve IPN yapılar elde edilmiştir. Çalışmalar sistematik olarak yapılmış ve optimum koşullar belirlenmiştir. Silika aerojel ve modifiye formlarının karakterizasyonunda termal gravimetrik analiz (TGA), taramalı elektron mikroskobu (SEM), gözenek boyutu (BJH) ve yüzey alanı (BET) analizörü kullanılmıştır.Hazırlanan bu aerojel yapılar tekstil boyası, nitro fenol vb. organik kirleticilerin adsorpsiyonu gibi çevre uygulamalarında kullanılmıştır. Ayrıca bu silika aerojeller kalıp olarak kullanılıp Co, Ni, Cu, Ag gibi metal nanopartiküllerin bu ağlar içerisinde sentezlenmesi sağlanmış ve katalizör olarak kullanılabilecek hale getirilmiştir. Kompozit sistemler (metal katalizörler) geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ile görüntülenmiş, metal miktarı tayini ise termal gravimetrik analiz yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır. Bu metal kompozit yapılar organik kirleticilerin bozunması/indirgenmesi reaksiyonlarında katalizör olarak kullanılmıştır. Uygulama çalışmalarında (adsorplanan ve indirgenen miktarların belirlenmesinde) UV-vis spektroskopisi kullanılmıştır.Bununla ek olarak tez kapsamında hazırlanan silika aerojeller doğrudan ve modifiye edilerek sodyum borhidrür (NaBH4)' ün metanol (metanoliz) ve su (hidroliz) ile reaksiyonundan hidrojen (H2) üretilmesi reaksiyonunda katalizör olarak kullanımıyla enerji alanında kullanım potansiyelleri belirlenmiştir.

In this thesis, silica aerogels were prepared by hydro (solvo) thermal synthesis method. The flexibility, porosity, surface morphology, hydrophilic / hydrophobic properties of aerogels have been brought under control with various modifications. While polymeric structures were formed in silica aerogel networks, composite structures were prepared by directly adding the polymeric structure. In addition, SiO2-silica aerogel, CP-silica aerogel nested network structures (IPN) were prepared adding nano / micro particles such as SiO2, carbon spheres / particles (CP) to the environment. After the synthesis, silica aerogel-polymer composite and IPN structures with high surface area were obtained. Studies were carried out systematically and optimum conditions were determined. Thermal gravimetric analysis (TGA), scanning electron microscope (SEM), pore size (BJH) and surface area (BET) analyzer were used in the characterization of silica aerogel and its modified forms.These aerogel structures prepared were used in environmental applications such as textile dye, adsorption of organic pollutants such as nitro phenol. However, these silica aerogels were used as molds and metal nanoparticles such as Co, Ni, Cu, Ag were synthesized in these networks. Thus, silica aerogel composite systems can be used as catalysts. The determination of the amount of metal to be imaged with composite systems (metal catalysts) by transmission electron microscope (TEM) and calculated by using thermal gravimetric analysis method. These metal composite structures have been used as catalysts in degradation/reduction reactions of organic pollutants UV-vis spectroscopy was used in application studies.The potential use of prepared aerojels in the field of energy has been determined by using directly and after modifications of the aerogels as a catalyst in the reaction of sodium borohydride (NaBH4) with the reaction of methanol (methanolysis) and water (hydrolysis) to produce hydrogen (H2).