Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özetlere göre tezleri arayabilirsiniz.


İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü

2005

Activation and characterization of phenolic carbon fibers

Fenolik bazlı karbon fiberin aktivasyonu ve karakterizasyonu

Bu tez, YÖK tez merkezinde bulunmaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi'ndeki tarama bölümünde tez numarasını arayabilirsiniz. Tez numarası: 166189

Tezi Bul
Özet:

Gelişen teknolojiyle mukavemeti yüksek, hafif ve ucuz malzeme talebi, ileri teknolojnin doğmasina neden olmuştur. Karbon bazlı malzemelerin ileri teknolojilerde kullanımı 19. yüzyılın başına rastlar. Yüksek performanslı kompozit malzemelerin elde edilmesi için yapılan çalışmalar, kompozit malzemelerin hammaddesi ve karbon malzemelerin en önemlilerinden bir tanesi olan karbon fiberin gelişimine öncülük etmiştir. İleri teknolojiler için istenen yüksek mukavemet düşük spesifik ağırlık gibi özellikleri bünyesinde barındırabilen karbon fiber oldukça geniş kullanım alanına sahiptir. Kompozit teknolojisin ham maddelerinden bir tanesi olan karbon fiber ayrıca aktif karbon fiberin başlangıç malzemesidir. Karbon fiberler ticari olarak rayon, poliakrilonitril, zift ve fenol bazlı reçinelerden üretilmektedirler ve aktif karbon fiber için en önemli özellik olan adsorbsiyon özelliği üretildiği malzemeye göre farklılık göstermektedir.Aktif karbon fiberin mikrogözenekli yapısı mikro grafitik ağ yapısı sayesinde oluşmaktadır. Amorf özellik gösteren aktif karbon fiberler de mevcutttur. Mikrogözenekli yapisı yüzey alaninin oldukça yüksek değerlere ulaşmasını sağlar. Bu çalışmada fenolik bazlı karbon fiber hem fiziksel hem de kimyasal olarak aktive edilmiştir. Kimyasal aktivasyon için H2S04, HN03 ve H3PO4; fiziksel aktivasyon içinse C02, su buhari CO2+SU buhari karışımı kullanılmıştır. Aktivasyon gaz çeşidi, aktivasyon sıcaklığı, kimyasal ajan deney parametreleri olarak incelenmiştir. Üretilen aktif karbon fiberin karakterizasyonu TGA, elemental analiz, FTIR, SEM ile gerçekleştirilmiştir. Ayrıca adsorbsiyon özellikleri içinse azot, argon ve hidrojen gazlan kullanılarak izotermler çıkarılmıştır. Bu calismada fenolik bazlı karbon fiberden çeşitli aktivasyon yöntemleri kullanarak yüzey alani 3000 m2/g ulaşan ve mikrogözenekli yapiya sahip aktif karbon fiber elde edilmiştir. C02+su buhari karışımı kullanılan gazlar içinde en uygun aktivasyon ortamı olarak bulunmuştur. Sıcaklığın artması ile yüzey alanı artmaktadır. Kimyasal aktivasyonun yüzey alam üzerinde olumlu bir katkısı olmadığı görülmüştür. Elde edilen aktif karbon fiberlerin kütlece % 3 hydrojen depolayabildiği saptanmıştır.

Summary:

Recent development of advanced materials technology has driven by the requirements for improved strength, low-weight and low cost in structural engineering materials. Carbon based materials have been used in high technology applications since 19^ century. The researches, which were made in late 1950's for producing high performance composite materials, have played a great role in the development of carbon fibers. These lightweight and high strength materials have led to significant advancements in industry. Carbon fibers one of the key material positions among advanced carbon materials especially for composites and activated carbon fibers production. Although a wide range of materials have been used to produce carbon fibers since their introduction in early sixties, current commercial production is concerned on rayon, polyacrylonitrile, pitch, phenolic resin. The adsorption properties of activated carbon fiber (ACF) strongly depend on the nature of the precursors. Activated carbon fiber is a microporous material consisting of three dimensional networks of micro graphitic layers. The huge surface area is one of the most important properties and also it has considerable amount of active functional groups. Exploitation of high surface area and reactivity of the functional groups of ACF is great benefit in adsorption mechanism especially, hydrogen storage devices. In this study, two different processes were applied to the green phenolic based carbon fibers. The stage of the first process is the chemical treatment, carbonization and physical activation., the stages of the other process is carbonization and physical activation. For chemical treatment, stabilized carbon fibers were treated with chemical agents before carbonization. H2SO4, HNO3 and H3PO4 were used as chemical activators in present study. CO2, steam and C02+steam mixture are the activation gases used for physical activation. Understanding the effect, of activation media, temperature and chemical treatment on ACF properties are investigated. In order to determine the characteristics and structure activated carbon fibers are characterize by TGA, elementel analysis, FTIR and SEM. Adsorption properties of ACF are determined by using nitrogen, argon, hydrogen as adsorbate gas. It is found that phenolic activated carbon fibers have narrow pore size distribution with micropore structure and have up to 3000 m2/g surface area. C02+steam mixture is the most suitable activation gases for phenolic fibers. As the temperature increase the surface area of ACF increase and the chemical treatment does not affectthe surface area of ACF positively. It is found that ACF can adsorb hydrogen %3 weight.