Polietilenimin Yüklü Mezogözenekli Silika Malzemelerin CO2 Adsorpsiyon Performansının Araştırılması

Abstract

Proje kapsamında, gaz fazı sistemlerdeki CO2 adsorplama kapasitesinin yüksek olduğu bilinen amin grubu emdirilmiş silika malzemelerin sentezi gerçekleştirilmektedir. Silika destek malzemesi türü (MCM-48 veya MSN), destek malzemesinin kalsine edilme durumu, kalsine numunelere yüzey aktif madde ilavesi ve amin grubu yükleme oranının (ağırlıkça %50 ve %70) adsorbanların yapısı üzerindeki etkisi incelenmektedir. Amin yapısı emdirilmiş silika malzemelerin karakterizasyonu için x-ışını kırınım, azot ve karbondioksit sorpsiyonu, FT-IR spektroskopi, taramalı elektron mikroskopi gibi yöntemler kullanılmaktadır. Analizi gerçekleştirilen numuneler göz önünde bulundurulduğunda, amin grubunun ilave edilmesi ile destek malzemesindeki gözeneklere polietileniminin nüfuz etmesi sonucu kristal yapının korunmasına rağmen karakteristik düzlem piki şiddetlerinde azalma meydana geldiği belirlenmiştir. Bununla birlikte, destek malzemeleri üzerine polietilenimin katkılanması sonucu gözeneklerin tıkanmasına bağlı olarak yüzey alanında düşme gözlenmiştir. Morfolojik yapının incelendiği taramalı elektron mikroskobu görüntülerinde de MSN-esaslı silika destek malzemelerin karakteristik olarak çubuk benzeri yapıya sahip olduğu, MCM-48 esaslı malzemelerin ise küresel yapıda olduğu ve amin yüklenmesi ile yüzeyin PEI tarafından kaplandığı belirlenmiştir. Adsorbanların gaz kirletici olarak CO2 tutma yetenekleri incelendiğinde, PEI yüklenmemiş destek malzemelerin düşük kapasiteye sahip olduğu (UCMCM-48: 0,48 mmol/g, MCM-48: 0,36 mmol/g, UC-MSN: 0,26 mmol/g, C-MSN: 0,50 mmol/g), amin grubunun yapıya ilavesi sonrasında optimum adsorpsiyon kapasitesi değerleri UC-MCM-48-50PEI ve UC-MSN-50PEI için sırasıyla 2,26 mmol/g ve 3,31 mmol/g olmak üzere elde edilmiştir.

Within the scope of the project, the synthesis of amine group impregnated silica materials, which are known to have high CO2 adsorption capacity in gas phase systems, is carried out. The effect of silica support material type (MCM-48 or MSN), calcination state of the support material, surfactant addition to calcined samples and amine group loading ratio (50% and 70% by weight) on the structure of adsorbents are investigated. For the characterization of amine impregnated silica materials, methods such as x-ray diffraction, nitrogen and carbon dioxide sorption, FT-IR spectroscopy, scanning electron microscopy are used. Considering the analyzed samples, it was determined that, despite the preservation of the crystalline structure, a decrease in characteristic plane peak intensities occurred as a result of the penetration of polyethyleneimine into the pores in the support material with the addition of the amine group. However, a decrease in the surface area was observed due to the clogging of the pores as a result of doping polyethyleneimine on the support materials. In scanning electron microscope images in which the morphological structure was examined, it was determined that MSN-based silica support materials had a characteristic rod-like structure, while MCM-48-based materials were spherical in shape and the surface was covered by PEI with amine loading. When the CO2 holding ability of adsorbents as a gaseous pollutant was examined, it was found that the PEIloaded support materials had low capacity (UC-MCM-48: 0.48 mmol/g, MCM-48: 0.36 mmol/g, UC-MSN: 0.26 mmol/g, C-MSN: 0.50 mmol/g), after the addition of the amine group to the structure, maximum adsorption capacity values for UC-MCM-48-50PEI and UC-MSN50PEI were obtained as 2.26 mmol/g and 3.31 mmol/g, respectively.