Bu projede, Si/Al oranlarına bağlı olarak farklı hidrofilik/hidrofobik özelliklere sahip olabilen ve gıdalarla birlikte kullanılmasında risk bulunmayan sentetik zeolitler (zeolit A, X/Y, beta, silikalit) ile biyopolimer ambalaj malzemesi PLA (polilaktik asit polimeri) kullanılarak karışık matrisli filmler hazırlanması ve bu filmlerin karakterizasyonu amaçlanmaktadır.

Isıtma ve soğutma eldesinde kullanılabilen adsorpsiyon ısı pompalarındaki ısı ve kütle iletimi sorunları metal üzerinde sentezlenmiş zeolit kaplamaları kullanılarak önemli ölçüde giderilebilir. Daha önceki çalışmalarımızda, adsorpsiyon ısı pompalarında kullanıma uygun adsorpsiyon kinetiğine sahip, stabil, kalın ve difüzyonu kolaylaştırıcı yapıdaki açık zeolit NaA, NaX ve LiX kaplamaları metal yüzeylerinde elde edilebilmişti. Bu cihazların performansını olumlu şekilde etkileyebilecek bir başka unsur ise, nispeten düşük sıcaklıklarda rejenere edilebilecek adsorbanların kullanımıdır. Bu şekilde, ısı pompalarının gücü ve termodinamik verimliliği daha da yüksek seviyelere çıkarılabilir ve bu sistemler için nispeten düşük rejenerasyon (desorpsiyon) sıcaklıkları sağlayabilen güneş enerjisi ve çeşitli atık ısı kaynaklarının kullanımı daha avantajlı hale getirilebilir. Ancak, söz konusu adsorbanların bu cihazlarda doğrudan kristalizasyon ile elde edilen kaplama olarak değil de toz/pelet formunda kullanılması halinde beklenen olumlu etkinin elde edilmesinin çok zor olacağı da açıktır. Bu çalışmada, öncelikle, adsorpsiyon ısı pompasında kullanılabilecek NaY zeolitinin kaplamaları paslanmaz çelik yüzeyler üzerinde doğrudan ısıtma ve konvansiyonel sentez yöntemleri kullanılarak hazırlanacaktır. Kaplamaların ısı pompasında kullanıma uygun özelliklerde hazırlanabilmesi için çeşitli sentez koşulları denenecektir. Elde edilen kaplamalar, X-ışını kırınımı, taramalı elektron mikroskobu ve azot adsorpsiyonu gibi yöntemlerle ayrıntılı olarak karakterize edilecektir. Hedeflenen zeolit fazı, kristalinitesi ve kaplama kalitesine ulaşılmadığı durumlarda, sentez koşulları ve gerekirse sentez yöntemi değiştirilerek deneyler tekrar edilecektir. Daha sonra ise, kaplamaların stabiliteleri test edilip gerektiğinde sentez sonrası bir işlemle dayanıklıkları artırılacaktır. Gerçekleştirilecek adsorpsiyon/desorpsiyon deneyleri sonucunda ise, geniş yüzeylerde hazırlanan zeolit NaY kaplamalarının performansları incelenerek, adsorpsiyon ısı pompalarındaki kullanımlarının avantajları/dezavantajları ortaya çıkarılacaktır. Proje kapsamında elde edilmesi beklenen sonuçlar yardımıyla, ısıtma/soğutma alanında pek çok uygulamada kullanılabilecek adsorpsiyon ısı pompalarının performanslarının daha da artırılarak ticari olarak yaygınlaştırılabilmeleri için önemli bir aşama daha kaydedilmesi umulmaktadır.

Bu çalışmada, adsorpsiyon ısı pompasında kullanılabilecek iki değişik adsorban malzemesinin paslanmaz çelik yüzeyler üzerindeki kaplamaları doğrudan ısıtma ve konvansiyonel sentez yöntemleri kullanılarak hazırlanacaktır. Zeolit malzemesi olarak, ilk aşamada hazırlanacak olan zeolit NaX kaplaması iyon değişimiyle LiX ve MgX formuna getirilecek ve her iki malzeme de çalışma kapsamında göz önüne alınacaktır. Elde edilen kaplamalar, X-ışını kırınımı, termal gravimetri ve optik dijital mikroskopi yöntemleriyle ayrıntılı olarak karakterize edilecek ve ısı pompalarında kullanıma uygunlukları tespit edilecektir. Hedeflenen kaplama fazları ve kalitesine ulaşılmadığı durumlarda, sentez koşulları ve gerekirse sentez yöntemi değiştirilerek deneyler tekrar edilecektir. Daha sonra ise, kaplamaların stabilitesi test edilip gerektiğinde sentez öncesi/sonrası işlemlerle dayanıklıkları artırılacaktır. Son aşamada, belirlenen uygun sentez koşulları kullanılarak adsorban kaplamaları daha geniş yüzeyler üzerinde değişik kalınlıklarda büyütülecek ve bu malzemelerin desorpsiyon performansları test edilecektir. Bu inceleme, hazırlanan kaplamaların değişik hızlarda ısıtılırken ağırlık kayıplarının kaydedilmesi esasına dayanacaktır. Gerçekleştirilecek deneyler sonucunda, hazırlanan zeolit LiX ve MgX kaplamalarının performansları kalınlıklarına da bağlı olarak karşılaştırılarak adsorpsiyon ısı pompalarındaki kullanımlarının avantajları/dezavantajları ortaya çıkarılacaktır. Proje kapsamında elde edilmesi beklenen sonuçlar yardımıyla, ısıtma/soğutma alanında pek çok uygulamada kullanılabilecek adsorpsiyon ısı pompalarının performanslarının daha da artırılarak ticari olarak yaygınlaştırılabilmeleri için önemli bir aşama daha kaydedilmesi umulmaktadır. Geniş yüzeyler üzerinde hazırlanması hedeflenen kaplamaların ise bu malzemelerin ticari ölçekteki cihazlarda kullanım şartları hakkında iyi bir fikir vermesi beklenmektedir.

bu projede MOF’lar kronik inflamatuvar deri hastalıklarının tedavisinde ilaç taşıyıcı malzeme olarak seçilmiştir. Bu hastalıkların topikal tedavisinde en sık kullanılan, ancak dozaj aşımına bağlı olarak doku kaybı gibi yan etkiler oluşturabilen güçlü ve orta etkili steroid türevlerinden klobetazol propiyonat ve metilprednizolon aseponat ilaç etken maddesi olarak kullanılacaktır. Ancak daha önceki kaynaklarda MOF’ların steroid taşıyıcı sistemi olarak kullanılmamasının rapor edilmemesi nedeniyle bilgi eksikliği mevcuttur bu proje kapsamında ilk olarak steroid-MOF etkileşimlerinin hem hesaplamalı hem de deneysel olarak incelenmesi gerçekleştirilecektir. Pektin ilaç yüklü MOF’ların içinde dağıtılacağı matris olarak seçilmiştir. Bu çalışmada pektin seçimindeki önemli etkenler, pektinin inert bir bileşen olmaması, kaynaklarda vurgulandığı gibi hastalıklı bölgenin hızlı ve etkin bir şekilde iyileşmesini sağlayacak biçimde antibakteriyel özellik göstermesi ve fazla eksudayı absorplayarak yara yüzeyinden uzaklaştırmasıdır. Bu araştırmada ilk olarak, seçilen biyo-MOF ve steroidlerin arasındaki moleküler seviyedeki etkilişimler, kuvantum mekanik ve moleküler dinamik hesaplamalarıyla incelenecektir. Kuvvetli etkileşim gösteren böylece kontrollü ilaç salımının gerçekleşebileceği MOF-steroid çiftleri belirlenecektir. Bu veriler ışığında, uygun steroidler proje kapsamında sentezlenmiş MOF’lara yüklenecektir. Steroid yüklü MOF’lardan ilacın kontrollü salımı incelenecektir. Daha sonra, steroid yüklü MOF’lar pektin matrisine homojen olarak dağıtılıp yara örtüsü formunda kontrollü ilaç salım sistemi hazırlanacaktır. Deneysel çalışmaların her adımında hazırlanan malzemeler karakterize edilecek, ilaç salım performansları belirlenecek ve sitotoksisite testleri gerçekleştirilecektir. Proje kronik inflamatuvar deri hastalıklarının tedavisinde kontrollü ilaç salımı yapan yara örtüsünün kullanılması, MOF-steroid etkilieşiminin incelenmesi ve steroid yüklü MOF’lar ile pektin temelli yara örtüsü hazırlanması bakımından özgün bir çalışmadır. Çalışmada geliştirilecek yara örtüsü sayesinde, ciltte yaranın oluşması nedeniyle hastanın toplum hayatını olumsuz etkileyebilen kronik inflamatuvar deri hastalıklarının tedavisi gerçekleştirilirken, hasta toplumdan izole olmayacak, günlük faaliyetlerine devam edebilecektir. Ayrıca, bu projenin gerçekleştirilmesiyle, ülkemizde ve Dünya’da daha çok gaz ayırma/tutma sistemlerinde kullanılması hedeflenen MOF’ların kontrollü ilaç salım sisteminde de kullanımına yönelik önemli bilgi birikimi oluşacaktır. Ülkemizin değerlendirilemeyen doğal kaynaklarından biri olan pektinin kullanılarak yüksek katma değerli ürünlerin hazırlanması projenin bir diğer öbnemli sonucu olacaktır.

Bu çalısmada, öncelikle, yapılan ön incelemede karbon dioksit gazına karsı seçicioldukları belirlenen ZK-5, SSZ-52 ve Rho zeolitlerinin sentezi gerçeklestirilecektir. Buamaçla, literatürde mevcut sentez bilesimleri ve sartları kullanılacaktır. Elde edilenzeolitler membran hazırlanması için uygun partikül boyutlarında (1 µm) olmazsa,sentez sartları degistirilerek deneyler tekrarlanacaktır. Daha sonra ise zeolitler, ticaripolimer (polivinil asetat, Matrimid 52182) matrisi içine degisik katkı oranlarındakatılarak karısık matrisli membranlar hazırlanacaktır. Camsı geçis sıcaklıgı düsükolan polivinil asetat (Tg=35°C) kullanılarak, karısık matrisli membranların zeolitpolimerarayüzeyinde yapısma sorunu göstermeden degisik katkı oranlarındahazırlanabilecegi düsünülmektedir. Daha yüksek camsı geçis sıcaklıgına sahip olanmatrimid (Tg=320°C) ise seçici geçirgenligi nispeten yüksek bir camsı polimer oluparayüzeyindeki muhtemel yapısma sorunu modifikasyon yolu ile giderilecektir. Eldeedilen zeolit ve membranların yapısal (XRD, SEM/TEM) ve termal (TGA, DSC)karakterizasyonları gerçeklestirilecektir. Bu sekilde, membranların geçirgenliktestlerine uygunlugu incelenecektir. Ayrıca, zeolit, polimer ve karısık matrislimembranların adsorpsiyon (volümetrik/gravimetrik) özellikleri de incelenecektir. Budemeylerden, malzemelerin adsorpsiyon kapasitelerinin belirlenmesinin yanısırazeolit-polimer arayüzeyindeki yapısal olusum hakkında da bilgi edinilmesineçalısılacaktır.

1001 - Araştırma

Bu projenin amacı CO2/CH4 ve CO2/N2 karışımlarından CO2 tutmada kullanılacak, yüksek CO2 seçiciliğine ve geçirgenliğine sahip, dayanıklı kompozit membran malzemesi elde etmektir. Proje sonucunda bu kriterlere uygun MOF katkılı kopoliimid membran malzemeleri4üretilecektir. Bu kapsamda bacı gazında bulunan CO2/N2 ve doğal gazda bulununan CO2/CH4 karışımlarındaki CO2’yi hem yüksek geçirgenlikle hem de yüksek seçicilikle ayırmaya olanak verecek çeşitli kopoliimid tipleri ile kopoliimid matriselerinde performans arttırıcı dolgu olarak kullanılacak metal organik kafes (MOF) tipleri kullanılarak kompozit membran malzemeleri hazırlanmış, ve en iyi ayırma performansını veren kompozit yapılar belirlenmiştir. Bu çerçevede, ilk önce literatürdeki veriler kullanılarak poliimid ve kopoliimidler ile en iyi performansı verecek MOF’lar matematiksel modelleme yardımıyla seçilmiştir. Bunun yanı sıra moleküler modelleme yardımıyla, kopoliimid ve bazı MOFların gaz ayırma performansları da öngörülmüştür. Bu aşamanın ardından, seçilen kopoliimidler ve MOFlar sentezlenmiş, ve membranlar hazırlanmıştır. Hazırlanan membranlar geçirgenlik testlerine tabi tutularak, bu membranların CO2/CH4 ve CO2/N2 ayırma performanları test edilmiştir.

Metal üzerinde zeolit kaplamaları, adsorpsiyon ısı pompalarında kullanımı durumunda oldukça yüksek bir hızda gerçekleşen ısıtma-soğutma çevriminde dayanıklı olmalıdır. Yeterli bir stabilite sağlanamazsa adsorban kaplamalarının kullanımını verimsizleştirir. Bu çalışmada, paslanmaz çelik plakaları üzerine substrat ısıtma yöntemi kullanılarak zeolit A ve zeolit X kaplamaları hazırlanmıştır [1].Bu sentez metodunda, metal substratın sıcaklığı daha düşük olan reaksiyon karışımının sıcaklığından bağımsız olarak control edilmiştir. Süngersi bir yapı gösteren daha kalın kaplamalar bu yöntemle sıcaklık gradiyenti altında büyüyerek hazırlanmaktadır. Daha sonra zeolit kaplamaları ilave olarak bir polimer film ile kaplanarak stabiliteleri artırılması amaçlanmıştır. Farklı kalınlıkların elde edilmesi için çeşitli sentez koşulları denenmiştir. X ışını kırınımı (XRD), alan yayınımlı taramalı elektron mikroskobu FEGSEM), Fourier-Transform kızılötesi spektroskobu (FTIR), ve termogravimetrik analiz (TGA) yöntemleri kullanılarak hazırlanan malzemelrin karakterizasyonları sağlanmıştır. Mekanik ve ısıl kararlılıkları sırasıyla sürekli bir ultrasonik işlemi ve ısıtma /soğutma çevrimleri uygulanarak belirlenmiştir.

Doğal gazın saflaştırılması endüstriyel alanda çoklu gazların ayırılmasında önemli uygulamalardan biridir. Doğal gaz tipik olarak metan, karbon dioksit, azot ve daha yüksek moleküler ağırlıklı hidrokarbonları içerir. Karbon dioksitin metandan ayırılması, karbon dioksitin aşındırıcı etkisi nedeniyle önemlidir. Ekonomik değeri yüksek olan ağır hidrokarbonların başka alanlarda kullanılmak üzere metandan ayrılarak metanın zenginleştirilmesi doğal gazın verimli kullanımı açısından son derece gereklidir.Projede üretilmesi teklif edilen SSZ-13 ve SAPO-34 tipi zeolit katkılı poliimid ve polietersulfon membranların hazırlanması ve gaz ayırımında kullanımı literatürde ilk olacaktır. Her iki zeolit tipinin de gözenek açıklıkları ve adsorpsiyon özellikleri itibarıyla karbon dioksit/metan ayırımnda moleküler elek özelliği göstermesi, ve karbon dioksite karşı seçiciliğinin çok yüksek olması beklenmektedir. Karbon dioksit/metan seçiciliği yüksek zeolitler ile geçirgenlikleri yüksek poliimid ve polietersulfondan oluşacak kompozit membranların gaz ayırma performanslarının yüksek olması beklenmektedir. Yüksek ısıl ve kimyasal dayanıklılığa sahip poliimidler ayrıca önem taşımaktadırlar. Zeolit katkılı 6FDA bazlı poliimid çalışmaları literatürde çok azdır. Bu projede üretilecek olan zeolit katkılı poliimidlerin doğal gaz saflaştırma uygulamaları için gerek ayırma gerekse kimyasal dayanıklılık ve plastizasyon açılarından yüksek performans göstermeleri beklenmektedir. Bunların yanısıra literatürdeki çalışmalar yüksek gaz ayırma performansına sahip polimerik membranların geliştirilmesi için tek gaz geçirgenlik ölçümlerinin yanısıra çoklu gaz geçirgenliklerinin de ölçülmesi gerektiğini göstermiştir. Çok bileşenli gaz karışımlarının polimerik membranlarla ayrılması üzerine yapılan çalışmalar henüz başlangıç aşamasında olup literatürde çok az sayıda ikili ve çoklu gaz ayırma çalışması vardır. Bu projede yapılacak gaz ayırma çalışmaları literatüre bu açıdan da önemli katkılarda bulunacaktır. Dünya membran pazarı Amerikan ve Japon firmaları tarafından yönlendirilmektedir. Ülkemizde membran endüstrisi gelişmemiştir. Ancak, tıbbi tedavi amaçlı membranlar bir tarafa bırakılırsa Avrupa’da da membran endüstrisinin fazla gelişmediği bilinmektedir. Dolaysıyla, Türkiye’nin Avrupa’da membran alanında bir yer edinmesi için geç kalınmış değildir. Bu proje İstanbul Teknik Üniversitesi ve Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümlerinden araştırmacıların katılımıyla yürütülecek ortak bir çalışmadır. Her iki bölümün membran teknolojileri üzerine bugüne kadar edindiği deneyim ve bilgi birikiminin birleştirilerek bir sinerji yaratılması hedeflenmiştir. Proje, oluşacak sinerji ile ülkemizde membran edüstrisinin gelişmesine yönelik bir “know-how” oluşmasına katkıda bulunmayı hedeflemektedir. Son yıllarda ülkemizde doğal gazın yaygın olarak kullanılmaya başlanması ve doğal gazın çoğunlukla yurt dışı kaynaklardantemin edilmesi, bu enerji kaynağının akıllı kullanımının önemini arttırmaktadır. Bu proje ülkemizde doğal gazın daha verimli kullanımına yönelik katkılarda bulunacaktır. Proje kapsamında gerçekleştirilecek çalışma temiz enerji üretimi konusunda ülkemizde halen yürütülmekte olan çok sayıda proje ile de doğrudan ilgilidir. Özellikle biogaz üretiminde ürünün metanın yanısıra oldukça yüksek miktarlarda karbon dioksit (30-45) içerdiği bilinmektedir. Dolayısıyla bu projede üretilecek membranlar aynı zamanda biogazın saflaştırmasında da kullanılabilecektir.

Bu çalışmada, medikal amaçlı kullanılacak antibakteriyel poliüretan filmlerin sentezi amaçlanmıştır. Polimerlerin üretiminde bitkisel yağ temelli yağ asitleri kullanılacaktır. Polimer filmlerin hazırlanması sırasında, filmlere antibakteriyel özellik kazandıracak SiO2 temelli inorganik bir malzeme eklenecektir. Polimerlerin yapısal özelliklerin yanı sıra filmlerin yüzey kaplama, mekanik, gaz geçiş ve antibakteriyel özellikleri incelenecektir. İncelenecek film özellikleri yapışma, sertlik, parlaklık, kimyasallara dayanım, su absorpsiyonu ve esneklik, mekanik özellikler kopma ve yırtılma dayanımıdır. Ayrıca, filmlerin oksijen, karbondioksit, azot gazı ve su buharı geçirgenlikleri özellikleri belirlenecektir. Elde edilen sonuçlar literatürdeki değerler ve ticari ürünler ile karşılaştırılacaktır.

Poliüretan temelli şeffaf yara örtüleri geliştirilmiştir. Örtülere ilaç yüklenmemiş, sadece dış etkilere karşı yarayı koruması ve nefes alması amaçlanmıştır.

Adsorban olarak moleküler boyuttaki gözenekli yapılarıyla, şekil seçici zeolitlerin, polimerik membran matrislerine katılmasının, do?ru zeolit/polimer kombinasyonu kullanıldı?ında membranın adsorpsiyon ve difüzyon seçicili?ini etkileyebildi?i ve gaz ayırma özelliklerini geliştirebildi?i bilinmektedir. Belirli bir gaz ayırma problemi için uygun zeolit/polimer çiftinin seçilebilmesi için ise zeolit katkısının taşınım esnasındaki rolünün iyi bilinmesi gerekmektedir. Zeolit katkılı membranlar üzerine daha önce yaptı?ımız çalışmalarımızda MFI tipi ZSM-5 ve silikalit-1 zeolitleri ile zeolit A katkılı polidimetilsiloksan (PDMS) membranlar hazırlanmış ve O2, N2 ve CO2 gazlarının geçirgenlikleri ölçülmüştür. Söz konusu çalışmalarda, zeolit katkısı ile geçirgenliklerde elde edilen artış oranları kullanılan gazların kinetik çaplarına karşı grafiklendi?inde, kinetik çap arttıkça geçirgenlik artış oranlarının azalması moleküler elek mekanizmasının etkin oldu?unu düşündürmektedir. Ancak kullanılan gazların polariteleri, kullanılan zeolitler ile etkileşimleri ve adsorpsiyon seçicilikleri farklı oldu?undan elde edilen sonuçları sadece moleküler elek mekanizmasının varlı?ına dayandırmak mümkün olamamıştır. Bu çalışmanın amacı zeolit ile etkileşime girmeyecek, zeolit tarafından adsorplanmayan ve polar olmayan, de?işik kinetik çaplardaki asal gazların PDMS membranlardaki geçirgenlikleri üzerinde etkin gözenek çapları farklı olan ve kanal yapıları bilinen 3A, 4A, 5A ve silikalit-1 katkısının etkilerinin incelenmesi yoluyla, moleküler elek mekanizmasının varlı?ının belirlenmesidir.