| Popis: |
ÖZET Çözücünün basit buharlaştırılması sonuca elde edilen sıradan jeller, yani zerojeller (xerogels), kendi ıslak öncüllerinden (precursors) daha çökmüş bir yapıya sahiptirler. Aerojeller ise süperkritik kurutma işlemiyle birleştirilmiş sol-jel yöntemi kullanılarak oluşturulan bir koloidal jelden elde edilen gözenekli katı maddelerdir. Genellikle alkol, benzen veya aseton gibi su içermeyen çözücülerde çözünen organik türevler kollanılarak gerçekleştirilen sol-jel yöntemini temel alan tümüyle yeni bir yolun belirmesine kadar, aerojel tipindeki katalizörlerin hazırlanın asardaki, can sıkıcı ve zaman harcayıcı yıkama ve çözücü değiştirme operasyonları herhangibir ilerlemeyi engellemişti. Bu yeni hazırlama yönteminde su artık bir çözücü değil sadece bir tepkendir, çünkü aşırı miktardaki suyun, çok yüksek kritik değerlerine bağlı olarak, aerojellerin istenilen (textural) özelliklerine zararlı bir etkisi olduğu bilinmektedir. Genel bir özellik olarak sol-jel yönteminin ardından süperkritik kurutma uygulanması ıslak jelin kalite özelliklerini arttırarak heterojen katalizörlerin gereksindiği şekilde fazla bölünmüş durumda (highly divided state) kuru karı madde oluşumuna yol açar. Süperkritik kurutma alışılagelmiş kurutmaya tercih edilmektedir, çünkü kurutma sırasında jelin içindeki kılcal çeperlere uygulanan yüzey gerilimi jel ağ yapısını parçalar, fakat süperkritik koşullar akında sıvı ve gaz menisküsü yoktur, dolayısıyla kurutma süresince ne yüzey gerilimi ne de kılcal basınç görülmez. Yüzey gerilimi yokluğu jelin çok az çökme ile kurutulmasını ve jel matrisinin neredeyse hiç değişmemesini sağlar. Böyle bir jel yapı içinde homojen olarak dağılmış büyük miktarda hava içeren katı maddeden oluşan kuru bir ağ yapıya sahiptir. Katı madde içindeki havanın mikroskopik nitelikteki bu dağılımı, maddeye birçok alışılmamış özellik kazandırır.Hiperkritik kurutma için şimdiye kadar geliştirilmiş değişik yöntemler bulunmaktadır. Bu çalışma yeni bir kurutma yohı ve bu yolun NİO/AI2O3 aerojelinin özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Islak jel, sol-jel yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Bu ıslak jeli hazırlamak için kullanılan çözücü bir alkol karışımı (butanol, metanol) olduğu için, bu alkolün süperkritik bir akışkan yardımıyla çekilmesi (extraction) düşünülmüştür. Düşük kritik değerlere sahip olması nedeniyle çekici akışkan olarak karbondioksit tercih edilmiştir. Hesaplamalar ve test deneyleri yapılarak, alkol karışımının sıvı ve karbondiksitin süperkritik akışkan olduğu koşullar belirlenmiştir. Süperkritik karbondioksit ile çekme yöntemine dayanan bu yeni kurutma yöntemiyle hazırlanan aerojeller kütlesel yoğunluk, Elektron Tarama Mikroskobu (Scanning Electron Microscope, SEM) ve Enerji Dağdım Spektrometresi (Energy Dispersive Spectrometer, EDS) analizleri yapılarak incelenmiştir. Sonuçlar alkojeldeki su miktarı kadar deneysel değişkenlerin de (sıcaklık, basınç, ayrıştırma süresi, karbondioksit akış hızı) aerojellerin kütlesel yoğunluklarını etkilediğini göstermiştir. SEM analiz sonuçları katalizör örneklerinin yüzey özelliklerinin ve gözenekliliğinin belirlenmesinde kullanılmıştır ve aerojellerin zerojellere göre daha gözenekli olduğu saptanmıştır. EDS analiz sonuçları yardımıyla aerojel ve zerojellerin metalik dağılım miktarı bulunmuştur ve bunların sayısal olarak hesaplanan değerlerle uyum içinde olduğu gözlenmiştir. IV ABSTRACT Ordinary gels, namely xerogels, obtained by simple evaporation of the solvent have a more collapsed structure than their wet precursors. Whereas, aerogels are porous solids prepared by the formation of a colloidal gel using the sol-gel method associated with the supercritical drying procedure. When the preparation of aerogel catalysts was first described, the tedious and time consuming operations of washing and solvent exchange, prevented any further development until the disclosure of an entirely new way of making aerogels, through the sol-gel process, using organic derivatives that are generally soluble in non-aqueous solvents such as alcohols, benzene, and acetone. la this new preparation method, water is no longer a solvent, but only a reactant, since it is well known that water in excess exerts a detrimental effect upon the textural properties of the aerogels due to its very high critical constants. As a general feature, the sol-gel process followed by supercritical drying retains the textural properties of the wet gel, leading to particularly dry solids in a highly divided state as heterogeneous catalysts may require. Supercritical drying is preferred to conventional drying, because the surface tension exerted on the walls of the capillary within the gel during drying collapses the gel network, but under supercritical conditions there is no distinction between liquid and vapor, no liquid-vapor meniscus, and therefore no surface tension or capillary pressure developed during drying. The absence of surface tension allows the gel to be dried with very little shrinkage and the gel matrix to remain nearly intact. Such a gel consists of a dry network of solid containing large amounts of almost homogeneously dispersed air within the structure. This microscopically fine dispersion of air in solid endows the material with many unusual properties.There are different methods of hypercritical drying developed up to now. In this study, a new way of drying and its effect on the properties of the NiO/Al203 aerogel is tested. The wet gel is prepared by the sol-gel method. Since the solvent used to prepare this wet gel is an alcohol mixture, namely butanol and methanol, it is decided to extract this alcohol by a supercritical fluid. Carbon dioxide is preferred as the extraction fluid due to its low critical constants. The conditions under which the alcohol mixture is a liquid, but carbon dioxide is a super fluid is determined by making calculations and test experimental runs. The aerogels, prepared by this new way of drying, based on supercritical carbon dioxide extraction, are characterized using bulk density, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometry (EDS) analysis. The results showed that the processing variables (temperature, pressure, extraction time, carbon dioxide flow rate) as well as the water content of the alcogel, were effective on the results of the bulk densities of the aerogels. The results of the SEM analysis are used to determine the surface characteristics and the porosities of the samples, which supported that aerogels were highly porous compared to xerogels. The results of the EDS analysis are used to conclude on the metallic dispersion of both aerogels and xerogel which showed that the metallic dispersion of the aerogel samples satisfied the expected values determined by stoichiometric calculations. 122 |
