EMT zeolitinin sentezi ve farklı iyon formlarının su tutma kapasitesi üzerine etkisi

Abstract

Zeolitler yapılarında alkali veya toprak alkali elementler bulunduran kristal yapıya sahip alüminosilikatlarıdır. Zeolit kelimesi ilk kez İsveçli araştırmacı Axel F. Cronstedt tarafından kullanılmıştır. Toz veya pelet şeklinde elde edilen zeolitler başlıca olarak iyon değişimi, kataliz, adsorpsiyon ve ayırma gibi önemli uygulama alanlarında kullanılmaktadır. Enerjiye olan ihtiyacın artması ve enerji kaynaklarının daha verimli kullanımının hedeflenmesiyle çevre duyarlılığı yüksek alternatif kaynaklara yönelim artmaktadır. Adsorpsiyon ısı pompaları, mekanik ısı pompalarıyla kıyaslandığında çevre dostu olup endüstriyel atık ısının tekrar kullanımını sağlamaktadır. Toz veya pelet halinde adsorban kullanıldığında adsorpsiyonlu ısı pompalarında verim oldukça düşmektedir. Zeolit gibi bir adsorbanın metal yüzeyler üzerinde kaplama şeklinde kullanılmasıyla, ısı ve kütle iletimindeki gelişmelerden dolayı çevrim süreleri çok kısalmaktadır. Adsorpsiyon ısı pompalarında, X, Y, A ve SAPO34 gibi su tutma kapasiteleri görece yüksek zeolitlerin kullanımı uygun gözükmektedir. Ayrıca düşük sıcaklıklarda rejenere olabilen zeolitlerin kullanımı daha avantajlıdır. Zeolitlerin su tutma kapasitesi bu malzemeleri değişik iyon formlarına getirerek de değiştirilebilir. Bu çalışmada, öncelikle literatürde molar bileşimi bilinen bir reaksiyon karışımından organik bir yönlendirici kullanılarak EMT tipi toz zeolit Na formunda sentezlenmiş ve ardından farklı metal tuzlarının sulu çözeltileri kullanılarak değişik iyon formlarına getirilmiştir. EMT zeolitinin orijinal Na ve diğer iyonik formlardaki su desorpsiyon kapasiteleri termogravimetri (TG) ile belirlenmiştir. İkinci aşamada İTÜ Kimya Mühendisliği Bölümü Adsorpsiyon ve Kataliz Laboratuvarında daha önce yapılmış ön çalışmalardan yararlanılarak EMT zeolit kaplamalarının hazırlanması için değişik reaksiyon karışımı bileşimleri ile denemelere başlanmış ve sonrasında bazı sentez koşulları değiştirilerek incelemelere devam edilmiştir. Seçilen uygun kristalin ve kalınlıktaki kaplamalar da iyon değişimine tabii tutulmuştur. Elde edilen kaplamalar TG, N2 adsorpsiyonu, X-ışını kırınımı (XRD) ve alan emisyon tabancası taramalı elektron mikroskobu (FEGSEM) ile karakterize edilmiştir. Çalışmalar sonucunda berrak reaksiyon karışımlarından nispeten yüksek kalınlığa sahip kristalin EMT zeoliti içeren kaplamalar elde edilmiştir. TG analizinden elde edilen sonuçlara göre toz ve kaplama formundaki EMT zeolitlerinin iyon değişimi yapıldıktan sonra kapasitelerinde önemli artışlar olduğu gözlenmiştir. İyon değişimi sırasında kaplamaların mekanik stabilitelerinin yüksek olduğu görülmüştür.