Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Mühendislik Fakültesi Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: DİLEK ŞENOL ARSLAN
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Orhan Özdemir
Eş Danışman: Mehmet Sabri Çelik
Özet:
Kolemanit insanlık tarihi boyunca farklı alanlarda kullanılan, bugün ise dünyada bilimsel ve teknolojik gelişmeler sonucu elde edilen uygulamalarda sıklıkla kullanılan bir bor mineralidir. Bu tez çalışmasında, Türkiye'nin bor rezevlerinin yaklaşık %76'sını oluşturan dört farklı yöreye ait kolemanit (Kestelek, Emet (Hisarcık, Espey), Bigadiç yöreleri) numunelerinin yüzey ve kolloid kimyası açısından deneysel ve teorik yöntemlerle yapısal özelliklerinin belirlenmesi ve farklılıklarının ortaya konulması amaçlanmıştır. Ayrıca yapılan kuantum mekaniksel hesaplamalar ile kolemanit mineralinin atomik seviyede elektronik yapısı ortaya konulmuştur. Bu kapsamda ilk olarak numunelerin karakteristik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla; XRD (X-Ray Kırınım deseni), ICP-MS (İndüktif Eşleşmiş Plazma, ICP ve Kütle Spektrometresi, MS), TG-DTA (Termogravimetrik ve Diferansiyel termal analiz) ve FT-IR (Kızılötesi (IR) absorbsiyon spektroskopisi) gibi bir dizi karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmaların neticesinde ise saf kolemanit kristallerinin mineralojik, kimyasal ve termal özellikleri açısından benzerlik ve farklılıkları ortaya konulmuştur. Elde edilen sonuçlar numunelerin saf olduğunu ve birbirleri arasında belirgin bir fark olmadığını göstermiştir. İkinci olarak kolemanit minerallerinin elektrokinetik özellikleri belirlenmiştir. Bu kapsamda 3 farklı katı konsantrasyonunda (%0.5, %1 ve %5) zeta potansiyel ve iletkenlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Çözünürlük ölçümlerinde ise her bir yöreye ait kolemanit numunelerinin saf su içerisinde zamana bağlı B2O3 ve Ca+2 çözünürlükleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, %1 katı oranındaki süspansiyonların zamana bağlı B2O3 ve Ca+2 çözünme kinetikleri açısından Espey>Kestelek>Hisarcık>Bigadiç, şeklinde bir sıralamaya sahip olduğunu göstermiştir. Üçüncü olarak kolemanit numunelerinin anyonik SDS ve katyonik DAH sürfaktanları varlığında temas açısı, tane kabarcık yapışma süresi ölçümleri ve mikro-flotasyon deneyleri ile flotasyon mekanizması ortaya çıkarılmıştır. Dördüncü olarak Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM) kullanılarak her bir kolemanit numunesinin hem topoğrafik, pürüzlülük ölçümleri hemde3 farklı pH (8.4, 9.4 ve 11) için kuvvet ölçümleri alınıp daha önce yapılan deneylerden elde edilen sonuçları nano ölçekte alınan sonuçlarla destekleyerek birbirleri arasındaki ilişki açıklanmıştır. AKM'den elde edilen kuvvet ölçümlerinin DLVO (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek) teorisine bağlı olarak teorik hesaplamaları yapılıp, elektrostatik ve van der Waals kuvvetleri belirlenmiştir. Ayrıca, elde edilen kuvvet eğrilerinden yola çıkarak her bir mineralin yüzey yük yoğunluğu ve buna bağlı Graham eşitliği ile hesaplanan yüzey potansiyelleri tespit edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında ise yapılan deneylerin desteklenmesi noktasında Moleküler Dinamik Simülasyonu (MDS) çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Yeni çalışmalar için bir altyapı oluşturulmasının da hedeflendiği bu çalışmalarda kolemanit mineralinin kristal yapısı ve atomların enerjileri, Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi (YFT) hesaplamaları ile VASP (Vienna Ab initio Simulation Package) programı kullanılarak ortaya konulmuş, VESTA (VisualizationSystem for Electronic & Structural Analysis) programını ile de 3D olarak modellenmiştir. Ayrıca kolemanit yüzeyinin hidrofobluğunu araştırmak için yapılan temas açısı ölçümlerinin, teorik hesaplamalarla atomistik olarak modellenmesi Materials Studio 8.0 yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. Bu tez çalışmasında farklı yörelerde bulunan kolemanit kristalleri ile yapılan karakterizasyon çalışmaları, elektrokinetik özelliklerin belirlenmesi, çözünürlük ve kuvvet ölçümleri, yüzey ve kolloid kimyası çalışmaları, kuantum mekaniksel hesaplamalar ve simülasyon çalışmaları; XRD, ICP-MS, TG-DTA ve FT-IR analizleri, zeta potansiyel ve çözünürlük ölçümleri, AKM ile yüzey topoğrafyasının analizi kolloidal kuvvet ölçümleri ve teorik hesaplamaları, temas açısı, tane-kabarcık süresi tayini, mikro-flotasyon deneyleri, kuantum mekaniksel hesaplamaları ve simülasyon çalışmaları ile detaylı olarak araştırılmıştır. Sonuç olarak elde edilen bu verilerin başta cevher hazırlama, malzeme bilimi, kimya, mühendislik bilimleri ve endüstri gibi birçok farklı alanda kullanılan kolemanit mineralinin karakteristik özelliklerinin belirlenip teknolojisinin gelişmesinde temel bir altyapı oluşturabileceği düşünülmektedir.