Search

Artan su kıtlığı tüm dünya için bir tehdit oluşturmaktadır. Sanayide aşırı su kullanımı, yetersiz geri dönüşüm ve yüksek yağ konsantrasyonlu su atıkları çevre için tehlikeli sonuçlar doğurmaktadır. Yüksek yağ konsantrasyonlu su emilsiyonları su yaşamı, toprak, atmosfer, insan sağlığı için oldukça tehlikelidir. 20 µm ve altı boyutta küçük yağ parçacıklarını uzaklaştırmak için kullanılan geleneksel metotlar yeterince verimli olmamaktadır. Son yıllarda, yağlı su arıtımındaki avantajlarından dolayı seramik mikro/ultrafiltrasyon membranları keşfedilmiş ve geliştirilmiştir.Bu yüksek lisans tezinin amacı seramik destekli boru şeklindeki membran üretimini ve mikrofiltrasyonunu çalışmaktır. Hazırlanan metal kesme sıvısı çapraz akım filtrasyon sistemiyle beslenmiş ve transmembran basıncı, çapraz akım hızı ve yağ içeriği gibi deneysel parametreler incelenmiştir. Destek katmanı üzerindeki tek ve çift katlı kaplamalar 0,4 µm α-alumina kullanılarak hazırlanmıştır. 1 saat süreli deneyde MF membranının 1 katmanı ve 2 katmanı tıkanma ve düşük süzüntü akışı gözlenmiştir. Toplam askıda katı madde ve bulanıklığın azalması %100 olarak belirlendi. Düşükmembran tıkanıklığına sahip sabit süzüntü akımı ve konsantrasyondaki polarizasyon %1 yağ içeriğine sahip destek membranda elde edilmiştir ve ve transmembran basıncı 2 bar olarak bulunmuştur. Increasing water scarcity is an important threat to the whole world. The use of too much water during the production processes and the insufficient level of reuse of this water and the increasing quantities of oil containing waste generated in many industrial activities cause dangerous consequences for the environment. Highly concentrated oil-inwater emulsions are very harmful for aquatic life, soil, atmosphere and human health.Traditional treatment methods are not effective in the removal of emulsified oil droplets which have less than 20 µm of droplet size. Ceramic micro/ultrafiltration membranes have been explored and developed in recent years due to their superior advantages in oil containing water treatment/purification. The aim of this MSc study was to produce tubular ceramic supports and microfiltration membranes for the removal of oil from stable oil in water emulsions used as metal cutting fluids. The prepared metal cutting fluids were fed to the crossflow filtration system and the effects of experimental parameters such as transmembrane pressure (TMP), crossflow velocity (CFV) and oil content on membrane performance/permeate flux were investigated. The single/double layered coatings on the support surfaces were formed in the preparation of the microfiltration membranes by using stable 0.4 µm α-alumina suspensions. The 1 layer and 2 layers containing microfiltration membranes were heavily fouled and very low permeate fluxes wereobtained in an hour of treatment. This was attributed to the formation of a thin oil layer on the microfiltration membrane surfaces. The reduction of the total suspended solids (TSS) and turbidity were determined as ~100 %. A stable permeate flux with a lower extent of membrane fouling and concentration polarization was obtained with 1% oilcontent and the support membrane and TMP=2 bars. 98

Thesis (Master)--Izmir Institute of Technology, Chemical Engineering, Izmir, 2018, Includes bibliographical references (leaves: 62-65), Text in English; Abstract: Turkish and English, The increase in the extent of greenhouse gases in earth’s atmosphere lies behind the global warming and climate change. The extensive use of unsustainable fossil fuels have intensified the greenhouse effect, causing global warming. Hydrogen is considered as an ideal fuel for the future. Hydrogen fuel can be produced from renewable energy sources and its life cycle is clean. Artificial photosynthesis has been considered as a promising prospect for the synthesis of renewable and sustainable fuels. Photocatalysis is expected to make a great contribution to environmental problems and renewable energy generation in the very near future. Titania based photocatalytic materials are one of the widely used materials in artificial photosynthesis research due to their unique chemical and optical properties. Photocatalytic water-splitting by using TiO2 based photocatalysts for hydrogen production offers a promising alternative for clean, low-cost and environmentally friendly production of hydrogen. ZrO2 doped TiO2 photocatalyst powders were prepared by coprecipitation and characterized in this work. The photocatalytic water splitting activities of these ZrO2 doped TiO2 photocatalyst powders in hydrogen production was investigated under UVVis light. The phase structures of the powders were significantly affected by the level of dopants and the primary particle sizes increased from about 130 nm to about 500 nm during heat treatments in the 550-700°C range. Maximum hydrogen yield of about 5000 μmol/hr gcat. was obtained with the 550°C heat treated powder doped at 0.1-0.1 mol% ZrO2-Nd2O3 level. ZrO2 doping above 10 mol% decreased the hydrogen yields of the catalysts to lower than 1000 μmol/hr gcat., Küresel ısınma ve iklim değişikliğinin altında yatan ana neden atmosferdeki sera gazlarının artışıdır. Sürdürülemez fosil yakıtların geniş çaplı kullanımı sera gazı efektini arttırmakta, küresel ısınmaya sebep olmaktadır. Hidrojen gelecek için ideal yakıt olarak düşünülmektedir. Hidrojen yakıtı temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilebilirse temiz ve yenilenebilir bir döngüye sahiptir. Yapay fotosentez yenilenebilir ve sürdürülebilir yakıtlar için umut verici bir yaklaşım olarak düşünülmektedir. Fotokatalizin çevresel problemlere ve yenilenebilir enerji üretimine büyük katkıda bulunacağı umulmaktadır. Titanya esaslı fotokatalitik materyaller eşsiz kimyasal ve optik özelliklerinden dolayı yapay fotosentez araştırmalarında geniş çaplı olarak kullanılan materyal gruplarından biridir. Hidrojen üretimi için TiO2 kullanarak fotokatalitik su parçalama, temiz, düşük maliyetli ve çevre dostu hidrojen üretimi için umut verici bir alternatif sunmaktadır. Bu çalışmada, ZrO2 katkılı TiO2 fotokatalitik tozlar birlikte çöktürme ile hazırlandı ve karakterize edildi. Bu ZrO2 katkılı TiO2 fotokatalitik tozların UV görünür ışık altında hidrojen üretimindeki fotokatalitik su parçalama aktiviteleri belirlendi. Tozların faz yapıları, katkıların seviyeleri tarafından etkilendi ve 550-700°C aralığındaki ısıl işlem boyunca birincil parçacık boyutları yaklaşık 130 nm’den 500 nm’ye kadar arttı. Maksimum hidrojen verimi, 0.1-0.1mol% ZrO2-Nd2O3 seviyesinde katkılanan 550°C’de ısıl işlem gören tozda yaklaşık 5000 μmol/hr gcat olarak elde edildi. 10 mol%’nin üstünde ZrO2 katkılı katalizörlerin hidrojen verimleri 1000 μmol/hr gcat’den düşük bulundu.

Artan su kıtlığı tüm dünya için büyük bir tehlike haline gelmektedir. Özellikle birçok endüstriyel faaliyetlerde, üretim işlemleri sırasında çok fazla su kullanılması, bu suyun yeniden kullanılmaması ve yağ içeren atıklar içermesi çevre için tehlikeli sonuçlar doğurmaktadır. Metal, gıda ve içecek, tekstil ve çelik endüstrileri tarafından üretilen yüksek konsantrasyonlu su içerisinde yağ emülsiyonları yeryüzündeki su kaynaklarının normal oksijen transfer mekanizmasını değiştirdiği için su yaşantısı, toprak, hava ve insan sağlığı için çok zararlıdır. Yerçekimi, yüzeyden sıyırma, flotasyon ve koagulasyon gibi geleneksel arıtma yöntemleri damlacık boyutunun 20 µm'den az olan emülsiyon haline getirilmiş dağ damlacıklarını uzaklaştırmak için etkili değildir. Seramik mikro/ultrafiltrasyon membranları yağ içeren sudaki üstün avantajları nedeniyle son yıllarda araştırılmış ve geliştirilmiştir. Bu yüksek lisans çalışmasının amacı sudan kararlı yağ-su emülsiyonlarını uzaklaştırmak için seramik mikro/ultrafiltrasyon membranlarının üretilmesidir. Tübülar seramik destekler, mikrofiltrasyon (MF) katmanları elde etmek için α-Al2O3 sollerle kaplandı. Ultrafiltrasyon (UF) solleri böhmit tozuyla hazırlandı ve MF membranlar üzerine kaplandı. 5-6 µm yağ damlacıklarından oluşan emülsiyon yüksek süzüntü hızı elde etmek için transmembran basıncı, çapraz akış hızı ve sıcaklık gibi deneysel parametrelerin değiştirilerek incelenmesi için çapraz akışlı filtrasyon sistemine beslendi. Zarın seçici özelliğini değiştirmeden süzüntü hızını artırmak için titania, zirkonya ve neodmiyum katkılı polimerik soller hazırlandı ve MF tabakası üzerine kaplandı. Toplam askıda katı madde (AKM) ve bulanıklık 100% oranında azaltıldı. 1 m/s çapraz akış hızı ve 2 bar tansmembran basıncı membran tıkanıklığı ve konsantrasyon polarizasyonunun az olmasını sağlayarak yüksek ve kararlı süzüntü akısı elde etmeyi sağladı. Yüksek ve kararlı süzüntü akısı elde etmek için en uygun sıcaklık aralığı 35-40 °C olarak bulundu. Increasing water scarcity is an important threat to the whole world. The use of too much water during the production processes and the insufficient level of reuse of this water and the increasing quantities of oil containing waste generated in many industrial activities cause dangerous consequences for the environment. Highly concentrated oil-in-water emulsions are very harmful for aquatic life, soil, atmosphere and human health. Traditional treatment methods are not effective in the removal of emulsified oil droplets which have less than 20 µm of droplet size. Ceramic micro/ultrafiltration membranes have been explored and developed in recent years due to their superior advantages in oil containing water treatment/purification. The aim of this MSc study was to produce tubular ceramic micro/ultrafiltration membranes for the removal of oil from stable oil in water emulsions. The prepared emulsions with about 5-6 µm of droplet sizes were fed to the crossflow filtration system and the effects of experimental parameters such as transmembrane pressure (TMP), crossflow velocity (CFV) and temperature on membrane performance/permeate flux was investigated. Titania, zirconia and neodymium doped polymeric sols were prepared and coated on the MF layer in order to investigate coating/surface modification on probable permeate flux enhancement and separation ability of the membrane. The reduction of the total suspended solid (TSS) and turbidity were determined as 100 %. A stable permeate flux with a lower extent of membrane fouling and concentration polarization was obtained with 1 m/s of CFV and 2 bar of TMP. 83

Thesis (Master)--Izmir Institute of Technology, Chemical Engineering, Izmir, 2017, Includes bibliographical references (leaves: 76-78), Text in English; Abstract: Turkish and English, Fresh water scarcity have been the most fundamental problem in the world and is already affecting mankind and human activities. This problem forced an increasing effort in the reuse of wastewater originating from municipal, agricultural, and industrial activities. The textile industry demands large amounts of water and produces large quantities of wastewater. Adsorption, filtration, ozonation and photocatalysis techniques are currently used for wastewater treatment and safe discharge to the environment. Although membrane filtration necessitates a high initial setup cost, it has a high potential and may cause significant cost savings through the reuse of water and salts. The membrane based technologies are widely accepted to be the best method when compared with the currently available technologies for wastewater treatment. Extruded tubular alumina supports were coated by stable colloidal sols and polymeric sols prepared by using sol-gel based techniques for the formation of selective micro/ultra/nanofiltration layers in this work. Textile wastewater treatment (with and without pre-treatment) and membrane fouling analysis was conducted. The performances of the membranes were determined through the characterization of permeates by a spectrophotometer. The reduction of colors (Pt-Co, m-1), turbidity and suspended solids content were about 99%, 100% and 100%, respectively. The incorporation of a coagulation stage by using Al2(SO4)3 followed by a successive filtration reduced the membrane/irreversible fouling levels in the MF/UF membranes significantly. The Pt-Co 455 values of permeates were determined to be in the 15-260 range which are below the discharge criteria bringing the possibility of the reuse of some of these permeates., Temiz su kıtlığı dünyadaki en önemli problemlerden biri olmuş ve insanoğlunu ve aktivitelerini etkilemektedir. Bu problem kentsel, tarımsal ve endüstriyel faaliyetlerden kaynaklanan atıksuyun tekrar kullanımına yönelik giderek artan çabaları zorunlu kılmıştır. Tekstil çok yüksek miktarlarda su kullananılan ve atıksu üreten bir endüstridir. Adsorpsiyon, filtrasyon, ozonlama ve fotokataliz gibi teknikler bugünlerde atıksu arıtımı ve arıtılan suyun çevreye güvenli bir şekilde deşarjı için kullanılmaktadır. Membran filtrasyonu yüksek kurulum maliyetine ihtiyaç duymasına ragmen yüksek bir potansiyele sahiptir ve su/tuzların tekrar kullanımıyla maaliyette önemli azalmalara neden olabilir. Atıksu arıtımı için halen kullanılmakta olan teknolojiler ile membran teknolojisi kıyaslandığında membran teknolojileri yaygın bir biçimde en iyi method olara kabul görmektedir. Bu çalışmada seçici micro/ultra/nanofiltrasyon tabakalarının oluşumları için soljel teknikleri esas alınarak hazırlanmış kararlı kolloidal ve polimerik sollerle ekstrüde alümina destekler kaplandı. Tekstil atıksu arıtımı (önarıtmalı ve önarıtmasız) ve membran tıkanma analizleri yapıldı. Membranların performansları spektrofotometre tarafından karakterize edilen süzüntüler vasıtasıyla belirlendi. Katı madde miktarı, bulanıklık ve renkteki (Pt-Co, m-1) azalışlar yaklaşık olarak sırasıyla %100, %100 ve %99'dur. MF/UF membranlarında geri dönüşümsüz/membran tıkanıklık seviyeleri koagülasyon katılımı olan Al2(SO4)3 kullanımını takip eden filtrasyonda önemli oranda azalmıştır. Süzüntülerin Pt-Co 455 değerleri deşarj kriterlerinin altında 15-215 arasında belirlenmiş olup bu süzüntülerden bazılarının tekrar kullanımı olasıllığı bulunmaktadır., The Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK ÇAYDAG 113Y344)

Thesis (Master)--Izmir Institute of Technology, Chemical Engineering, Izmir, 2017, Includes bibliographical references (leaves: 80-85), Text in English; Abstract: Turkish and English., Textile industry generates coloured wastewater containing a significant level of dye/inorganic salts. Environmental concerns and efficient energy use make the recovery of reusable water and salts from textile wastewater vital globally. Ceramic nanofiltration (NF) membranes are becoming increasingly important for the recovery and purification of dyes and salts (e.g., NaCl) in high salinity waste streams. They have superior chemical/mechanical/thermal properties compared to their polymeric counterparts. Desalination performances of the ceramic NF membranes depend on the concentration and chemical structure of the target ions, pH of feed and the wastewater stream along with the chemical/surface/nanostructural properties of the selective NF layer. Metal oxides are generally used as NF layer materials due to their amphoteric behaviour. Repulsive/attractive forces between the ionic species in the solution and the NF layer may make the separation of ionic species possible. In this work, zirconia doped titania based NF layers were designed. Desalination experiments were conducted with 10-3 M Na2SO4 and MgSO4 salts at different pH values. Salt retention capacities of 5 different membranes were determined. Percent retention was calculated using ion concentrations in permeate and retentate streams. The Mg2+ and SO4 -2 ion concentrations were determined by titration with 0.01 M EDTA and by spectrophotometer at 420 nm, respectively. A clear pH dependency of the salt retention was found in filtration tests. The highest SO4 -2 and Mg+2 ion retentions were obtained with using MF+disperel (boehmite)+P2 (600 0C)+TTIP hydrosol+Ti/Zr polymeric (double layer) membrane as 95% and 91%, respectively., Tekstil endüstrisi, büyük miktarda boya/inorganik tuz içeren renkli atık su üretmektedir. Çevresel kaygılar ve verimli enerji kullanımı, tekstil atıksuyundan gelen yeniden kullanılabilir su ve tuzların hayati bir önem taşımasını sağlamıştır. Seramik nanofiltrasyon (NF) membranları, yüksek derecede tuz içeren atıksularda, boyalar ve tuzların (örn., NaCl) geri kazanılması ve saflaştırılması için gittikçe önem kazanmaktadır. Seramik membranlar polimerik membranlara kıyasla üstün kimyasal/mekanik/termal özelliklere sahiptirler. Seramik NF membranlarının tuzdan arındırma performansları, hedef iyonların konsantrasyonuna ve kimyasal yapısına, beslenen atıksuyun pH’ına, atık su akışına ve seçici NF tabakasının kimyasal/yüzey/nano-yapısal özelliklerine bağlıdır. Amfoterik davranışlarından dolayı metal oksitler NF tabakası malzemesi olarak kullanılırlar. NF tabakasının yüzey yükü, büyük oranda beslenen atıksuyun pH'ına bağlıdır. Çözeltideki iyonik tuzlar ile NF tabakası arasındaki itici/çekici kuvvetler, iyonik tuzların ayrılmasını mümkün kılar. Bu çalışmada, zirkonya katkılı titanyum esaslı NF tabakaları tasarlandı. Desalinasyon deneyleri, farklı pH değerlerinde 10-3M Na2SO4 ve MgSO4 tuzları şle gerçekleştirilmiştir. 5 farklı membranın tuz tutma kapasiteleri belirlendi. Membranların tuz tutma yüzdeleri süzüntü ve kalıntı örneklerinin iyon konsantrasyonları kullanılarak hesaplanmıştır. Mg2+ iyon konsantrasyonu, 0.01 M EDTA titrasyonuyla, SO4 -2 iyon konsantrasyonu ise 420 nm dalga boyunda spektrofotometre ile tespit edilmiştir. Filtrasyon testleri sonucunda tuz tutulumunun pH’a bağlı olduğu açıkça görülmüştür. En yüksek SO4 -2 ve Mg2+ iyon tutulmaları sırasıyla % 95 ve% 91 olarak MF+disperal (böhmit)+P2 (600 0C)+TTIP hidrosol+Ti/Zr polimerik (çift katmanlı) membran kullanılarak elde edilmiştir., The Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK- ÇAYDAG 113Y344)

Bu yüksek lisans çalışmasının amacı nanoaltı boyuttaki organik bileşiklerin tutulmasında kullanılması amaçlanan seçici titanya nanofiltrayson (NF) membran katmanlarının faz yapısı evrimine neodmiyum/zirkonyum katkılarının etkilerinin araştırılmasıdır. Farklı neodmiyum ve zirkonyum katkı düzeylerindeki polimerik sollerden hazırlanan desteksiz membranlar ile dilatometrik bir çalışma yürütülmüştür. Seçici NF katmanlarının nanoyapı evriminin kontrolü ile birlikte nanoaltı gözenek yapısı tasarımı üzerine fonksiyonel becerilerin geliştirilmesi bu çalışmanın temel amacını oluşturmuştur. Kararlı oksit molar bileşimleri baz alınarak neodmiyum katkı düzeyi 0.3-5.0% aralığında, zirkonyum karışım düzeyi ise 0-100% aralığında değiştirilmiştir.Dilatometrik karakterizasyon sonuçları katkı düzeylerinin nanoyapı evrimini ve yoğunlaşma davranışlarını önemli oranda etkilediğini göstermektedir. Dinamik ışık saçılımı sonuçları sollerdeki polimerik yapıların ağırlıklı olarak 2-4 nm boyutunda olduğunu ve oldukça dar bir boyut dağılımına sahip olduğunu göstermektedir. XRD analizi sonuçları titanya anataz kristalit boyutlarının neodmiyum katkısı veya zirkonya karışımı ile önemli ölçüde düştüğünü ve faz dönüşümlerinin yaklaşık olarak 200°C geciktiğini göstermiştir. Seçilmiş zirkonya karışık ve neodmiyum katkılı katkısız membran tozlarının HR-TEM görüntüleri XRD/dilatometre kaynaklı nanoyapı evrimi sonuçlarına yeni bilgiler eklemiştir. Bu polimerik soller kullanılarak hazırlanacak NF membranlarının molekül ağırlığı ayırma sınırlarının ve saf su akılarının yakın gelecekte belirlenmesi nanoaltı ayırma becerileri üzerine değerli bir bilgi birikimi oluşturmasını mümkün kılabilir. The purpose of this MSc work was to investigate the effects of neodymium/zirconium doping on the phase structure evolution of the selective titania nanofiltration (NF) membrane layers for the rejection of subnano sized organic compounds. A dilatometric study was carried out on unsupported membranes prepared from polymeric sols with different neodymium and zirconium levels. The development of functional abilities towards the design of the pore structure in the subnano range by controlling the nanostructural evolution of the selective NF layers was the fundamental purpose of this work. The neodymium doping level was varied in the 0.3-5.0% range and the zirconium mixing level was varied in the 0-100% range based on stable metal oxide molar compositions.Dilatometric characterization results have shown that dopant level effects the nanophase evolution and the densification behavior considerably. The dynamic light scattering results have shown that the polymeric species in the sol were predominantly 2-4 nm in size and had a very narrow size distribution. XRD analysis results indicated titania anatase crystallite sizes were reduced significantly with neodymium doping or zirconia mixing and the phase transformations were retarded by about 200°C. HR-TEM images of selected zirconia mixed or neodymium doped unsupported membrane powders also added new information to the XRD/dilatometry derived nanophase evolution results. The determination of the molecular weight cut-off values and pure water fluxes of the NF membranes which would be prepared by using these polymeric sols in the near future may generate valuable knowledge on the subnano separation abilities of these NF membranes. 68

Membranlar biyokimyasal ayırma süreçleri, tekstil, kağıt ve metal endüstrisi gibi farklı endüstrilerde saflaştırma ve ayrıştırma işlemleri için kullanılmaktadır. Seramik membranlar genel olarak seçici oksit katmanlarının tübüler seramik destekler üzerine konulmasıyla oluşturulur. Katı madde oranları yüzde 55 seviyesine kadar olan ve ana ortam sıvısı su olacak şekilde hazırlanan alumina hamurlarından, seramik tübüler membranlar hazırlanmıştır. Bağlayıcı malzeme olarak böhmit ile birlikte farklı molekül ağırlıklarınıa sahip hidroksi selülöz eterler kullanılmıştır. Hamur hazırlanışında gliserin yağlayıcı olarak kullanılmıştır. Ön çalışmalar için orifice tipi kalıpta ram extrüzyon kullanılmış ve veriler mekanik mukavemet test cihazıyla alınmıştır. Alümina hamur ekstrüzyonu farklı L/D oranlarına sahip kapileri kalıplar kullanılarak farklı ekstrüzyon hızlarında ram ekstrüderi ile gerçekleştirilmiş ve alınan veriler aynı test cihazıyla Benbow Bridgwater modeli kullanılarak analiz edilmiştir. Çeşitli hamurların reolojik özellikleri 4 ve 6 parametreli modellere bağlı olarak belirlenmiştir. 6 parametreli modelin alumina hamurlarıyla daha yakın ekstrüztyon grafiklerine sahip olduğu belirlenmiştir. Hazırlanan seramik hamurlarının viskoziteleri model parametreleri o, 1, ve n kullanılarak hesaplanmıştır.Tübüler seramik hamurlarının şekillendirilmesi piston ekstrüder kullanılarak yapılmış ve hamurunun reolejisi ve kompozisyonuna bağlı olarak piston ekstrüder basıncı 20-90 bar arasında değişiklik göstermiştir. Ekstrüde edilmiş tübüler destekler kurutulup organik bağlayıcılarından arındırılmış ve %40 poroziteye sahip mekanik olarak güçlü membran destekleri elde etmek amacıyla 1525ºC'de ısıl işlem uygulanmıştır. Membrane applications in the industry currentlyis dominated by polymeric membranes, however, in recent years the development of ceramic membranes gained significant attention because of their superior chemical/thermal stability and corrosion resistance. The separation capacities of ceramic membranes basically depend on the nature of the selective oxide layers formed on the inner surfaces of tubular ceramic supports. Ceramic tubular membrane supports were prepared from alumina pastes, with solid loadings as high as 55 vol. % and water was used as the major liquid phase. Boehmite along with hydroxypropyl cellulose ethers with different molecular weightswere used as binder materials. Glycerol was used as a lubricant in the paste formulations. Extrusion of alumina paste was conductedwith a ram extruder using capillary dies with a series of L/D ratios at different extrusion velocities and the data was analyzed by using Benbow and Bridgwater model. The rheological properties of various pastes were determined according to the 4 and 6-parameter models.The six parameter model was concluded to better represent the experimental data. The viscosities of the paste batches were also determined by using the model parameters o, 1, and exponent n. The pastes were determined to have a shear thinning behaviour Piston extruder was used for shaping of tubular ceramic supports and the pressure varied in the 20-90 bar range with paste composition and rheology. The tubular extruded supports were dried, debinded to burn out organic binders and sintered at 1525ºC for the formation of about 40% porous mechanically strong membrane supports. 109

Günümüzde ağırlıklı olarak sürdürülebilir olmayan fosil yakıtlara dayanan ve artan enerji ihtiyacının neden olduğu olumsuz etkiler ve bunların yarattığı kaygılar insanlığı er ya da geç sürdürülebilir temiz enerji kaynaklarına yöneltecektir. Hem küresel CO2 miktarını azaltan ve hem de yenilenebilir yakıt üretimini sağlayan yapay fotosentez önemli bir seçenek oluşturmaktadır. Fotokatalitik süreçler çevresel sorunların çözümüne ve yenilenebilir enerji üretimine önemli katkılar yapacaktır. Titanya bazlı fotokatalitik malzemeler kimyasal ve optik özelliklerinden ötürü yapay fotosentez uygulamalarında en yaygın kullanılan malzemelerdendir. Son yıllardaki araştırmalar nadir toprak elementi (NTE) katkılarının titanya fazlarını güneş ışınlarını görünür bölgede daha verimli kullanır hale getirebileceği yönünde önemli bulgular içermektedir. Bu tezde ağırlıklı olarak sol-jel temelli teknikler kullanılarak nadir toprak elementlerinin katkı düzeyleri ve ısıl işlem sıcaklığının titanya tozlarının mikroyapısal evrimine, optik özelliklerine ve fotokatalitik su parçalama/CO2 indirgeme aktivitelerine etkisi araştırılmıştır. Bu tezin sonuçları NTE iyonlarının ayrı bir oksit fazı olarak yapıda yer aldığını veya TiO2 kafes boşluklarına yerleştiğine ve düşük iyonik çaplı NTE iyonlarının NTE2Ti2O7 fazlarını oluşturabildiğine işaret etmektedir. Fotokatalitik süreçlerde yüzey alanı, kristalinite, ışık soğurma, oksijen boşlukları ve yapısal hataların aktivitede önemli rol oynadığı bu proje kapsamında yapılan deneylerle ortaya çıkmıştır. NTE katkısının TiO2'in yapay fotosentez aktivitesini olumlu yönde etkilediği saptanmıştır. Bu tez çalışmasının sonuçları düşük katkı düzeyleri ve 700oC dolayında ısıl işleme tabi tutulan tozların H2 üretimini ve CO/CH4 üretimini önemli ölçüde artırdığını göstermektedir. Growing environmental concerns related to the extensive use of nonsustainable fossil fuels and increasing energy demand will force mankind, sooner or later, to tap into clean and sustainable sources of energy and artificial photosynthesis is being considered as a promising prospect for this concern. Photocatalysis is expected to make a great contribution to solutions for environmental problems and renewable energy generation. Titania based photocatalytic materials are one of the widely used materials in artificial photosynthesis research due to their unique chemical and optical properties. Recent research have shown that rare earth element (REE) doping improves the photocatalytic activity of TiO2 phases in the visible region. The effects of REE doping level and heat treatment temperature on the microstructure evolution, optical properties and the photocatalytic water splitting/CO2 photoreduction activities of mostly sol-gel derived titania powders were investigated in this thesis. The results of this thesis indicated that REE ions may enter the interstitial voids of TiO2 lattice or segregate on the grain boundaries of TiO2 as a separate phase and RE2Ti2O7 phases were formed for the REEs with relatively smaller ionic sizes. The experimental work conducted revealed the importance of surface area, crystallinity, light absorption, the presence of oxygen vacancies and structural defects in the efficiency of photocatalytic processes. Results have shown that REE doping improves the artificial photosynthesis activity of TiO2 at relatively low doping levels and 700oC heat treatment temperature as the production rate of H2 and CO/CH4 were significantly higher with REE doped TiO2 compared to pure TiO2. 240

Enerji insanlığın en önemli ve vazgeçilmez bir ihtiyacıdır. Artan enerji talebi teknolojik gelişmeler ve artan nüfus ile ilişkilidir. Dünyanın en ciddi sorunlarından biri, sürdürülebilir enerjiyi sağlamaktır. Dünyadaki yenilenebilir enerji kaynaklarının yaygın bulunabilirliğinden dolayı, yeni alternatif enerji kaynakları ve/veya yenilenebilir enerji teknolojileri önemli araştırma konuları haline gelmiştir. Ancak, çoğu yenilenebilir enerji kaynakları tüketicilere kesintisiz enerji sağlayamamaktadır. Ekonomik, verimli ve güvenilir bir enerji depolama teknolojisine son derece ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle, akademik çalışmalar elektrokimyasal enerji depolama teknolojilerinin kapasite gelişimine odaklanmıştır.Bu çalışmanın asıl amacı, batarya uygulamaları için çeşitli morfolojilere sahip farklı çinko oksit tozları ve katkı malzemeleri kullanılarak çinko elektrotların hazırlanması ve incelenmesidir. Çinko oksit morfolojisi ve nikel-çinko batarya performansı üzerindeki etkilerini incelemek için farklı koşullar altındaki (öncü madde, sıcaklık ve bekleme süresi) kimyasal çöktürme metoduyla çinko oksit tozları sentezlenmiştir. Çinko oksit tozunun başlangıç morfolojisinin elektrokimyasal performans açısından bir öneminin olmadığı görülmüştür. Ticari çinko oksit tozundan hazırlanan çinko elektrotlarına sahip nikel-çinko bataryaları yaklaşık 247 mAhg-1 deşarj kapasitesine sahiptir ve kimyasal çöktürme metoduyla sentezlenen çinko oksit tozlarından hazırlanan çinko elektrotlarına sahip nikel-çinko bataryalarına kıyasla bu elektrot kısmen daha iyi bir performans göstermiştir. Ayrıca, çinko elektrot morfolojisinin batarya katkı malzemeleri (PVA ve PEG) ve şarj akım yoğunluğu tarafından büyük ölçüde etkilendiği tespit edilmiştir. Seçilen bazı elektrot katkı malzemelerinin (Ca(OH)2, PbO ve PEG) batarya performansı üzerindeki etkileri de incelenmiştir. Tüm katkı malzemelerine sahip çinko elektrotu daha yüksek deşarj kapasitesi (322 mAhg-1) ve kullanım oranı (48.86 %) gibi gelişmiş elektrokimyasal özellikler göstermiştir. Energy is the most important and inevitable requirement for humankind. The increasing energy demand has been connected with technological advances and the population growth. One of the most serious problems of the world is to provide sustainable energy. New alternative energy sources and renewable energy technologies have become notable research subjects due to wide availability of renewable energy sources in the world. However, most renewable energy sources do not provide uninterrupted energy to consumers. An economic, efficient and reliable energy storage technology is desperately needed. Therefore, academic research has focused on improving the capacity of electrochemical energy storage technologies.The main goal of this study is the preparation and characterization of zinc electrodes for battery applications using different zinc oxide powders with various morphologies and additives. Zinc oxide powders were synthesized with chemical precipitation method under different conditions (precursors, temperatures and aging times) in order to investigate their effects on ZnO morphology and on the performance of nickel-zinc battery. It was found out that the initial morphology of ZnO powder was not crucial for the electrochemical performance. Nickel-Zinc batteries with zinc electrodes prepared from commercial ZnO powder had discharge capacities around 247 mAhg-1 and showed slightly better performance compared to nickel-zinc batteries with zinc electrodes prepared from ZnO powders synthesized via chemical precipitation method. It was also determined that zinc electrode morphology was greatly affected by battery additives (PVA and PEG) and charging current density. The effects of some selected electrode additives (Ca(OH)2, PbO and PEG) on battery performance were also investigated. Zinc electrode with all additives showed improved electrochemical properties, such as higher discharge capacity (322 mAhg-1) and utilization ratio (48.86 %.). 100

Thesis (Doctoral)--Izmir Institute of Technology, Chemical Engineering, Izmir, 2012, Includes bibliographical references (leaves: 254-267), Text in English; Abstract: Turkish and English, xviii, 315 leaves, The goal of this thesis is to synthesize unique, clinically relevant macroporous calcium phosphate cement blocks to be utilized both in vivo and in vitro tissue engineering applications. Calcium phosphate cements which essentially consist of hydroxyapatite or brushite are constantly improved to overcome their inherent shortcomings such as low strength, low functional porosity, and low resorption. Recent literature on the topic points to monetite forming cements as an alternative phase. A novel method to utilize monetite that is finer and stronger with respect to brushite in load bearing scaffold applications is introduced in the results section of this thesis as a contribution to ever growing literature on this scope. In the preliminary study on the conversion extent of apatite forming cement, ionic strength of the setting liquid was determined as the prime effective factor on monetite conversion extent. Subsequently brushite forming β-tricalcium phosphate – monocalcium phosphate monohydrate cement system was modified by NaCl and citric acid so that brushite formation was selectively inhibited. Singular and synergistic monetite promoting effects of NaCl and citric acid were determined by monitoring the kinetics of cement setting in excess setting liquid. Spectrometric studies revealed the difference in brushite and monetite crystal surface site density which enabled selective inhibition of brushite and promotion of monetite by the synergistic effect of NaCl anc citric acid. Proposed phase control mechanism enables tailoring the composition of biphasic cements comprising of a predetermined monetite content and brushite or hydroxyapatite. In the final stage of the thesis, size distributed NaCl particles were introduced into the cement paste containing optimum amount of citric acid to enable complete monetite formation. Resultant macroporous monetite blocks were characterized in terms of microporosity, macroporosity, density, morphology, strength, phase composition, and surface area. Interconnectivity of the cement was optimized based on the correlation of porogen size distribution and morphological data.

Thesis (Master)--Izmir Institute of Technology, Materials Science and Engineering, Izmir, 2011, Includes bibliographical references (leaves:118-121), Text in English; Abstract: Turkish and English, xix, 121 leaves, The rheology of concentrated calcium carbonate, titania, silica, alumina and zirconia suspensions of submicron/nanosized particles in non-aqueous media was investigated. Calcium carbonate and silica particles were synthesized by carbonation route and Stöber method respectively while titania, alumina and zirconia powders were obtained commercially. Suspensions of the ball milled natural calcium carbonate powders were also prepared. The dispersion of these powders especially at high solids loadings was observed to be difficult. The viscosity of the 45 vol% suspensions of precipitated CaCO3 particles increased about 21 times at a shear rate of 400 sec-1 relative to its initial value indicating shear-thickening behaviour. The onset of shear thickening was at 20, 30 and 40 vol% for three different commercial titania powder suspensions. The onset of shear thickening was at lower solids volume contents and the increase in viscosity with shear rate was far less dramatic for the titania suspensions with polydispersed particle size distributions. The critical shear rate was 187 sec-1 for silica suspensions at 47 vol% with a discontinuous jump in viscosity. Rheological data at higher shear rates was not obtained due to the torque limitations of the rheometer. The critical shear rate of the polydispersed alumina powder suspensions were higher than their relatively monodispersed counterparts. The highest solids loading achieved in alumina based suspensions was 62 vol%. The dynamic shear rheology measurements showed that the solid part of the silica suspension was becoming more dominant over the liquid part as the solid content was increased. The volume fraction dependence of the high shear viscosity was fitted to a modified Krieger-Dougherty model for titania and silica suspensions. The fit of the rheological data to the Power law and to a modified version of Cross model were analysed.

Nano ve mikronaltı seramik toz dağıtımlarına çeşitli reometrik teknikler sistematik olarak uygulanmıştır. Dağıtımların reolojik davranışı, kararlı kayma ve dinamik kayma reolojisi ile belirlenmiştir. Dinamik kayma reolojik teknikler seramik toz dağıtımlarının karakterizasyonunda polimerlerin aksine kullanılmıştır.Mikronaltı ve nano dağıtımların akma davranışları katı içeriğine ve früktoz konsantrasyonuna bağlı olduğu görülmüştür. Früktoz solüsyonunda mikronaltı ve nano alüminyum oksit ve nano titan dağıtımların kayma incelen davranışı göstermiş ve Herschel-Bulkley modeline uymuştur.Dinamik kayma reolojisi ölçümleri hem mikronaltı hem de nano toz dağıtımlarında katı kısmının sıvı kısmına göre daha baskın olduğunu göstermiştir. Gerilim ve frekans tarama testlerinde, elastik modül, akma modülünden daha yüksektir. Hacimsel katı içeriği %'si 40'dan az olan dağıtımların elastik modülleri açısal frekansa bağlıdır, bu da jel gibi bir davranışa işaret etmektedir. Ancak, hacimsel katı içeriği %40 olan dağıtımların elastik modülü açısal frekanstan bağımsız olup katı gibi bir davranışa işaret etmektedir. Früktoz konsantrasyonun fazla artışı hem yatışkan hem de dinamik kayma reolojisinin parçacık boyutuna bağlı olmaksızın önemli ölçüde etkilemiştir. Mikronaltı ve nano seramik toz dağıtımlarının hazırlanmasında, seramik toz dağıtımlarının reolojik davranışının ayarlanması için früktoz kullanılabilir. Tozlarin yüzey karakterizasyonu früktozun etkili adsorpsiyonunda esastır. Several rheometric techniques were applied to submicron and nano ceramic powder dispersions systematically in this study. The rheological behavior of the dispersions was determined by steady shear and dynamic shear rheology. Dynamic shear rheological techniques are scarcely used for the characterization of ceramic powder dispersions contrary to polymers.The flow behaviors of the submicron and nano dispersions were found to be dependent on the solids content and fructose concentration. The submicron alumina, nano alumina, and nano titania dispersions in fructose solution showed shear thinning behavior and were fitted to the Herschel-Bulkley model.The dynamic shear rheology measurements showed that the solid part of the dispersions was dominant over the liquid part for both submicron and nano powder dispersions. The elastic modulus was higher than the viscous modulus in stress and frequency sweep measurements. The elastic moduli of the dispersions with solids content lower than 40 vol% were dependent on the angular frequency which indicated a gel-like behavior. However, the elastic moduli of the dispersions with 40 vol% solids were independent of angular frequency which indicated a solid like behavior. Further increase in fructose content had significant effects on both steady shear and dynamic shear rheological behavior of the dispersions regardless of particle size. The submicron and nano ceramic powder dispersions can be prepared by using fructose for the regulation of the rheological behavior of ceramic powder dispersions. The characterization of powder surfaces is essential for the effective adsorption of fructose. 264

Thesis (Doctoral)--Izmir Institute of Technology, Chemical Engineering, Izmir, 2009, Includes bibliographical references (leaves: 201-214), Text in English; Abstract: Turkish and English, xix, 214 leaves, The scope of this thesis is to design defect-free microporous and mesoporous ceramic membranes having micro-engineered pore network that would contribute to the enhancement of pore control abilities as well as the thermal stability.In this study, mono-dispersed silica sols having well-defined silica spheres ranging in size from 5 to 700 nm were prepared through sol-gel methods and thin membrane layers were consolidated on either y-alumina support or unsupported form.The packing of 5 nm silica spheres resulted in micropores of 0.87 nm in 400 oC treatedmembranes with the porosity of 0.32 which are in well aggrement with the porosity level of random loose packing. Silica spheres with varying concentration and size were incorporated into polymeric network to complement the percolative structure of sphere packing with interpenetrated polymeric silica network in order to design well-defined thermally stable transport pathway. Low shrinkage value was obtained for sphere incorporated system providing the high thermal stability by affecting the thermally induced microcrack formation as well as the structural relaxation during consolidation.The resulting hybrid structure enabled the detailed transport properties that support to be able to control the pore structure but N2/CO2 separation properties are needed to be improved.Stable polymeric alumina sols having particle sizes smaller than 2 nm could be obtained when the hydrolysis conditions were accurately controlled. The mixture of prepared polymeric silica and alumina sols in mullite compositions (3:2) provided to the crystallization of mullite with homogeneously mixed stable oxide network upon heat treatment at 775 oC.

Thesis (Doctoral)--Izmir Institute of Technology, Chemical Engineering, Izmir, 2009, Includes bibliographical references (leaves: 147-150), Text in English; Abstract: Turkish and English, xxii, 150 leaves, The ceramic membranes with their superior chemical, thermal, mechanical and microbiological properties and long service lives are gaining importance in pressure driven filtration processes. The diverse requirements of different applications enforce preparation of tailor-made ceramic membranes with specific characteristics. This dissertation focused on the preparation and characterization and filtration performance of asymmetric multilayer ceramic membranes. Support is the layer responsible for mechanical stability while top layer is mainly responsible for separation and intermediate layer is balancing the microstructural difference between these two layers. The permeability of alumina support could be increased over 100 L / m2 h by 15% starch addition. The intermediate layer was prepared by coating fine alumina or zirconia powders and / or colloidal sols with thicknesses between 0.2-70 .. The top layer was formed from pure or mix of zirconia or titania polymeric sols with average particle sizes in the range of 3 . 50 nm with a thickness smaller than 1.. The physicochemical properties of these mixed oxides were modified by changing the composition and calcination temperature enabling preparation of top layers with varying Donnan exclusion capacities. The membranes prepared could reject sugar, PEG 1000 and PEG 4000 up to 10, 60 and 19%, respectively, that which can be increased via further optimization of parameters in coating / heat treatment processes.

Thesis (Master)--Izmir Institute of Technology, Materials Science and Engineering, Izmir, 2007, Includes bibliographical references (leaves: 65-69), Text in English; Abstract: Turkish and English, xi, 69 leaves, Dense alumina and zirconia crucibles manufactured in the laboratory by slip casting were tested for their resistance to corrosive attack by opaque and transparent frits between 1400-1500oC. Interface between the crucible and the frit was investigated by Scanning Electron Microscopy (SEM, Philips XL-30S FEG) equipped with EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) unit, X-ray diffraction (XRD, Philips X.Pert Pro), and Optical Microscope (OM, Nikon Eclipse L150). Formation of a continuous band of zinc aluminate (gahnite) crystals was observed at the interface between the alumina crucible wall and the contained opaque and/or transparent frit melt. When opaque frit was used, isolated pockets of zirconia were present adjacent to the zinc aluminate band inside the frit. Deeper inside the frit incompletely dissolved zircon were observed. On the other hand zirconia crucible failed against both of the corrosive frits, resulting in complete penetration of frit species into zirconia crucible wall. Thermodynamic predictions based on the use of phase diagrams also produced similar conclusions with the practically observed results. Crucibles with 50 wt% zirconia and 50 wt% alumina were also manufactured and tested for their corrosion resistance against the frit. It was found that the alumina crucibles could be safely used for corrosion testing with minimal aluminum contribution to the frit melt.

Thesis (Master)--Izmir Institute of Technology, Chemical Engineering, Izmir, 2006, Includes bibliographical references (leaves: 89-94), Text in English; Abstract: Turkish and English, xii, 94 leaves, The harbour sediment accumulated in time in the zmir Bay was investigated by a number of researchers from various aspects. These sediments called marine sludge in this thesis contain organics and heavy metals which pose an important environmental problem. Marine sludge removed from the harbor is required to be safely kept in some form. In this thesis, production of ceramic tiles by using marine sludge additives was investigated. The sludge is regarded as a suitable raw material for ceramic tile production because of its physical properties and chemical composition. After the sludge is removed from the harbor floor, it was subjected to a series of treatments such as washing, sieving, dewatering, drying and grinding. This treated marine sludge was pressed in the form of pellets and sintered in the 1000-1100 °C range. The treated, untreated and sintered marine sludge along with the separated shells present in marine sludge were characterized by a variety of techniques such as XRD, FTIR, and SEM-EDX. Marine sludge powders at different proportions (0-50 %) were blended via incorporation into a structural ceramic tile raw material. The mixtures were compressed, and then pellets were fired at temperatures in the 1000-1200 °C range with one-hour hold with a firing rate of 10 °C/min. The products were characterized for mechanical and microstructural properties. Marine sludge added tiles were observed to have higher compressive strength after firing at 1100 °C. The sludge addition caused a lower firing temperature for densification/vitrification of the pellets with higher pore content. Their densities and water absorption values were determined. The densities and water absorption of the tiles fired at 1100 °C was observed to decrease with increasing sludge addition. Leaching tests were performed by varying the leach solution pH and ground tile particle size for chemical durability of the products in the final part of the work. The leaching data have shown that heavy metals were immobilized in the vitrified ceramic structure. The results of this work indicated that blending marine sludge in to the ceramic powder mixtures in the 20-50% range was beneficial for tile production.

Thesis (Master)--Izmir Institute of Technology, Materials Science and Engineering, Izmir, 2006, Includes bibliographical references (leaves: 73-75), Text in English; Abstract: Turkish and English, x, 75 leaves, Three component hydroxyapatite-alumina-zirconia composite presents a promising candidate material for bone replacement implants. Two methods were employed to synthesize the composite that is expected to have high bioactivity, high strength and high chemical stability in physiologic environment. Wet mixing and heterogeneous precipitation methods were used for the synthesis. Commercial hydroxyapatite, alum ina and yttria stabilized zirconia were mixed in varying proportions and obtained powders were sintered upto 1300 °C subsequent to dry pressing at 160MPa. An optimum composition of 10-20-70 volume percent zirconia, alumina and hydroxyapatite respectively was found to present the most suitable proportion in terms of sinterability and phase purity. -tricalcium phosphate formation at temperatures higher than 1150 °C was found to be the only source of impurity phase in the material.Heterogeneous precipitation method was applied to synthesize a composite material with a functionally graded structure. The three components were aimed to be coated on one another, zirconia (TZ-3Y) being the core, alumina being the intermediate layer and hydroxyapatite being the outer shell. The bulk composite was expected to have both enhanced mechanical properties and enhanced phase purity due to separation of two reactive phases, hydroxyapatite and zirconia by the alumina layer. The coating was done in two steps using urea as the precipitant, aluminum sulfate as the Al3+ source, calcium nitrate as the Ca2+ source and ammonium phosphate as the P source.Precipitation of aluminum hydroxides on TZ-3Y particulates and precipitation of calcium hydroxides as a nucleation point for hydroxyapatite on cores were facilitated through decomposition of urea above 85 °C in aqueous media. Particle size, distribution and morphology were monitored for alumina coated zirconia samples prepared with varying Al2(SO4)/Zirconia and urea/Al2(SO4) molar ratios. The sample prepared with stoichiometric Al2(SO4)/Zirconia ratio and urea/Al2(SO4) ratio 10 exhibited the most suitable composition and morphology for hydroxyapatite coating. Samples synthesized in the first step were used as cores for hydroxyapatite coating.

Thesis (Master)--Izmir Institute of Technology, Chemical Engineering, Izmir, 2004, Includes bibliographical references (leaves: 89-95), Text in English; Abstract: Turkish and English, xiii, 95 leaves, Nanocrystalline materials with grain sizes under 100 nm have been counted as a very promising class of ceramic materials. The decrease in grain size imparts superior structural properties to the ceramic materials like increased fracture toughness, wear resistance and superplastic deformation at high temperatures. So, nanocrystalline ceramics can be used as structural materials in a wide range of uses covering advanced engineering applications such as aircraft and automotive technologies as well as electronics, computation and material sciences. Nanocrystalline alumina has been a popular research subject for the last decade because of the superior structural properties of alumina besides lower cost compared to other nanocrystalline materials like zirconia and titania. The raw materials are generally transitional aluminas or aluminum hydroxides such as boehmite and gibbsite all of which are widely used in industry.The main problem in nanocrystalline alumina production is to cope with agglomeration of fine powders or nano-particles in solutions due to interaction forces. Agglomeration cause nonhomogeneous microstructure with respectively larger pores which are very hard to eliminate during sintering. In this study a nanocrystalline commercial boehmite powder is used as the starting material and a homogeneous microstructure with respectively high density is aimed. Ultrasonic treatment is applied in order to reduce particle size and the stable dispersions of boehmite powder with a solid content of 30wt% was dried by spray drying. The effect of ultrasonic treatment, spray drying and compaction conditions were investigated and compared with bodies compacted from untreated powders. To see the effect of seeding on phase transformation behavior of boehmite, alpha alumina particles produced by combustion synthesis and broken into crystallites by ultrasonic treatment were used with a seed content less than 0.5%. Even that low amount of a-alumina reduced the transformation temperature by 100C but did not improve densification of alumina compacts. The homogeneity of microstructure obtained by ultrasonic treatment and granulation by spray drying yielded the highest relative densities of 65.5 % of the theoretical density. The treatment has also led more uniform microstructures compared to untreated and seeded samples during the a-phase transition which is the most important stage for densification.