ege üniversitesi fen bilimleri enstitüsü ( yüksek lisans tezi) sentetik

EGE ÜN VERS TES FEN B L MLER ENST TÜSÜ
( YÜKSEK L SANS TEZ )
SENTET K ZEOL TLER N
TEMEL MANYET K VE ELEKTR K
ÖZELL KLER N N BEL RLENMES
M. Atilla ALPAN
Fizik Anabilim Dalı
Bilim Dalı Kodu:404.01.01
Sunu Tarihi: 24.01.07
Tez Danı manı: Prof. Dr. Recep YANIK
Bornova - ZM R
III
M. Atilla ALPAN tarafından Yüksek Lisans tezi olarak sunulan
“Sentetik Zeolitlerin Temel Manyetik ve Elektrik Özelliklerinin
Belirlenmesi” ba lıklı bu çalı ma E.Ü. Lisansüstü E itim ve Ö retim
Yönetmeli i ile E.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü E itim ve Ö retim
Yönergesinin ilgili hükümleri uyarınca tarafımızdan de erlendirilerek
savunmaya de er bulunmu ve 24 / 01 / 2007 tarihinde yapılan tez
savunma sınavında aday oybirli i ile ba arılı bulunmu tur.
Jüri Üyeleri:
mza
Jüri Ba kanı : Prof. Dr. Erol GÜNDÜZ
………………
Raportör Üye : Prof. Dr. Recep YANIK
………………
Üye
……………....
: Prof. Dr. Çetin GÜLER
V
ÖZET
SENTET K ZEOL TLER N
TEMEL MANYET K VE ELEKTR K
ÖZELL KLER N N BEL RLENMES
M. Atilla ALPAN
Yüksek Lisans Tezi, Fizik Bölümü
Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Recep YANIK
Ocak 2007, 81 sayfa
Bu çalı mada, 20
o
C, 100
o
C ve 150
o
C sıcaklıklarda ve
( 0,3-42 ) MHz frekans aralı ında Gördes (Manisa ) yöresi do al
klinoptilolit ile sentetik zeolit 3A nın katkısız formlarının dielektrik
özellikleri incelenmi tir. 63 µm çapından daha küçük olan toz örnekler,
preslenerek belli çapta ve kalınlıkta tabletler elde edilmi tir. Hazırlanan
tabletler TF 1245 Q-metre cihazının kondansatör levhaları arasına
yerle tirilerek,
dielektrik sabitleri Q-metre ölçüm cihazına ba lı TF
1246 ossilatörü kullanılarak ölçüldü.
,
ve
tanδ nın frekans ve
sıcaklık ile de i im e rileri çizildi.
Tüm pi irme sıcaklıklarında
de erlerinin frekans arttıkça
azaldıkları gözlenmi tir.
Dielektrik özelliklerle kar ıla tırmak için, sentetik zeolit 13X ve
3A nın χ manyetik süseptibilite katsayısının manyetik alan (H) ve
sıcaklık (T) ile nasıl de i ti i bilgileri de de erlendirilmi tir.
Anahtar Kelimeler: Zeolit, Dielektrik sabiti, Kayıp tanjantı,
Malzeme Karakterizasyonu, XRD, Manyetik süseptibilite
VII
ABSTRACT
DETERMINATION OF BASIC MAGNETIC AND ELECTRICAL
PROPERTIES OF SYNTHETIC ZEOLITES
ALPAN, M. Atilla
MSc Degrees in Physics
Supervisor: Prof. Dr. Recep YANIK
January 2007, 81 pages
In this study, the dielectric properties of natural Klinoptilolite of
Gördes region and synthetic Zeolite 3A without additives were examined
at temperatures of 20 oC, 100 oC and 150 oC and in the frequency range
from 0,3 MHz to 42 MHz. The pellets with known diameter and
thickness were prepared by pressing of the powder samples having
diameters less than 63 µm. The pellets were placed betwen the
condensator plates of TF 1245 Q-meter and dielectric constant,
were
measured using TF 1246 oscillator connected to Q-meter measurement
instrument. The curves of
,
and tanδ versus frequency and
temperature were drawn.
At all firing temperatures, it was observed that
value decreased as
frequency increased.
In order to compare with the dielectric properties the data that includes
the change of χ, magnetic susceptibility coefficient, of zeolite 13X and
3A according to magnetic field (H) and temperature (T) was also
considered.
Keywords: Zeolite, dielectric constant, loss tangent, material
characterizations, XRD, Magnetic susceptibility
IX
TE EKKÜR
Yüksek Lisans tez çalı malarım süresince, tezin her a amasında
de erli bilgi ve katkılarını esirgemeyen danı manım, Sayın Hocam
Prof. Dr. Recep YANIK’ a, çalı malarımın deneysel kısmını
gerçekle tirmemde sa lamı oldu u imkanlardan dolayı Ara tırma
Görevlisi Hümeyra ÖRÜCÜ’ ye sonsuz te ekkürlerimi sunuyorum.
Ayrıca bütün bölüm imkanlarından yararlanmamı sa layan Fizik Bölüm
Ba kanımız Prof. Dr. Hüseyin ERB L’ e te ekkür ederim.
Do al Klinoptilolit Örneklerin teminine ve karakterizasyon
bilgilerinin kullanılmasına yardımcı olan Anadolu Üniversitesi Fen
Fakültesi Fizik Bölümünden Yard. Doç. Dr. Ertu rul ZC ’ ye de
te ekkürü bir borç bilirim.
M. Atilla ALPAN
XI
Ç NDEK LER
ÖZET....................................................................................................... V
ABSTRACT ......................................................................................... VII
TE EKKÜR...........................................................................................IX
EK LLER D Z N .............................................................................. 13
Ç ZELGELER D Z N ........................................................................ 15
1. G R .................................................................................................... 1
2.1 Tarihçe............................................................................................... 3
2.2 Mineralojisi, Sınıflandırılması ve Özellikleri................................. 5
2.3 Kullanım Alanları .......................................................................... 10
2.4 KLiNOPTiLOLiT........................................................................... 12
2.4.1 Tarihçe.......................................................................................... 12
2.4.2. Mineralojisi ve Özellikleri ......................................................... 13
2.4.3 Kullanım Alanları ....................................................................... 17
2.5 Sentetik Zeolitler ............................................................................ 21
3. D ELEKTR KLER.......................................................................... 23
3.1 Elektrik Alan çinde Dipol ............................................................ 23
3.2 Statik Elektrik Alanda Dielektrikler ............................................ 28
3.3 Alternatif Alanda Dielektrikler..................................................... 31
4.1 Alçak ve Yüksek Gerilim Elektrik Yalıtkanları.......................... 36
4.2 Alçak ve Yüksek Frekans Yalıtkanları ........................................ 37
4.3 Yüksek Sıcaklık Porselenleri......................................................... 38
5. ÇALI MADA YARARLANILAN MALZEME
KARAKTERIZASYON YÖNTEMLER ..................................... 39
5 1. Tane Boyutu Analizi...................................................................... 39
XII
Ç NDEK LER (devam)
5.2. Asit ve Isıl Aktivasyonu ................................................................ 40
5.3. Yo unluk Ölçümleri ..................................................................... 41
5.4 X-I INLARI SPEKTROSKOP S ............................................... 42
5.4.1 Temel kavramlar ......................................................................... 42
5.4.2 X-I ınları Difraksiyonu............................................................... 43
5.4.3 XRD Verilerinin ncelenmesi ..................................................... 45
5.4.4 XRD Ölçümlerinin Alınması ...................................................... 45
5.4.6 Zeolitlerdeki X-I ını Kırınım Çalı maları ................................ 47
5.4.7. Birim Hücre Parametrelerinin Belirlenmesi ........................... 49
6. ZEOL TLER N D ELEKTR K ÖZELL KLER N N
NCELENMES ............................................................................... 54
6.1. Materyal ve Metod ......................................................................... 54
6.2 Zeolitlerin Dielektrik Özellikleri .................................................. 54
6.3 Dielektrik Ölçüm Sonuçları ........................................................... 59
6.3.1 Do al Klinoptilolit........................................................................ 59
6.3.2 Sentetik Zeolit............................................................................... 62
7. SENTET K ZEOL TLER N TEMEL MANYET K
ÖZELL KLER N N DE ERLEND R LMES ............................ 69
8. TARTI MA ....................................................................................... 73
KAYNAKLAR D Z N .................................................................... 74
ÖZGEÇM
................................................................................. …..81
XIII
EK LLER D Z N
ekil
Sayfa
2.1SiO2 ve AlO4 dörtyüzlüsü.......................................................... 5
2.2Zeolit yapılar............................................................................. 6
2.4.1Klinoptilolitin kristal yapısı........................................................ 14
2.4.2Klinoptilolitin ab kristal düzlemi.............................................. 14
2.4.3Klinoptilolit yapısındaki katyon konumları............................. 15
3.1Dipol moment............................................................................ 24
3.2 Dipollü moleküllerin geli igüzel ve alan içinde
da ılımı………………………………………………………. 24
3.3Kutuplanmı dielektrik madde.................................................. 26
3.4De i ik kutuplanma tipleri........................................................ 26
3.5Dispersiyon e risi...................................................................... 28
3.6(a) Bo ve (b) dielektrikli kondansatör...................................... 29
3.7 deal kondansatöre uygulanan sinüsoidal gerilim..................... 32
3.8Kayıplı bir dielektri in yük voltaj diyagramı............................ 34
5.1X- I ınlarının bir kristalde kırınımı........................................... 43
5.2Basit monoklinik yapı.................................................................. 47
5.3Do al Klinoptilolitin XRD Spektrumu..................................... 52
5.4Sentetik Zeolit 13X ‘in XRD Spektrumu.................................. 53
6.1Do al Klinoptilolitin
de erlerinin frekansla ve
sıcaklıkla De i im………….………………………………... 60
6.2 Do al Klinoptilolitin
de erlerinin frekansla
de i imi.................................................................................... 60
XIV
EK LLER D Z N (devam)
6.3 Do al Klinoptilolitin tanδ de erlerinin frekansla
de i imi.................................................................................... 61
6.4 Sentetik Zeolitin
de erlerinin frekansla ve
sıcaklıkla de i imi………………………………………….. 63
6.5 Sentetik Zeolitin
de erlerinin frekansla ve
sıcaklıkla de i imi…………………………………………… 63
6.6 Sentetik Zeolitin tanδ de erlerinin frekansla ve
sıcaklıkla de i imi…………………………………………… 64
7.1 Sentetik Zeolit 13x'
in oda sıcaklı ında manyetik
süseptibilitesinin dört farklı fiziksel durumda
de erlendirilmesini sa layan e riler………………………... 70
7.2 Sentetik Zeolit 3A '
nın oda sıcaklı ında manyetik
süseptibilitesinin dört farklı fiziksel durumda
de erlendirilmesini sa layan e riler………………………... 71
XV
Ç ZELGELER D Z N
Çizelge
Sayfa
2.1Zeolitlerin sınıflandırılması.......................................................7
2.2Önemli sentetik zeolitler.......................................................... 8
2.5.1A ırlıkça %2 su ihtiva eden zeolit 13x
taneciklerinin hacimsel bile imleri…………..…................22
5.1Do al Klinoptilolitin XRD spektrumundaki bazı
piklerin de erleri……………………….…………………... 50
5.2Klinoptilolitin Na formunun XRD
spektrumundaki bazı piklerin de erleri…...……................... 50
5.3Klinoptilolitin numunelerin birim hücre
parametreleri, hacimleri ve ac düzlemleri……….................. 51
6.1Do al Klinoptilolitin oda sıcaklı ındaki
dielektrik ölçüm sonuçları………………….......................... 66
6.2Do al Klinoptilolitin 100 oC ve 150 oC deki
dielektrik ölçüm sonuçları……………………..................... 67
6.3Sentetik Zeolit örne inin farklı sıcaklıklarda
dielektrik ölçüm sonuçları……………………..................... 68
7.1Sentetik Zeolit 13x ve 3A türlerinin oda sıcaklı ında ve
dört farklı fiziksel durumda ortalama manyetik
süseptibilite katsayıları …………………….......................... 72
1
1. G R
Do al ve Sentetik Zeolitler, alkali ve toprak alkali elementlerin kristal
yapıya sahip olan sulu alümina silikatları olarak tanımlanır. Zeolit
kristalleri ısıtıldı ında, yapısında bulunan serbest ve yerle ik suyu
vererek fiziksel özelliklerinde de i meler gösterebilmektedirler. Bizim
dielektrik özelliklerini inceledi imiz klinoptilolit do al ve Zeolit 3A ise
sentetik zeolitler grubunda yer almaktadır.
Malzeme karakterizasyonunda amaç, örneklerin yo unluklarını,
içeriklerini, yüzde bile imlerini, yüzey foto raflarını incelemek ve nokta
analizlerini yapmak yani malzemeyi tanımaktır. Örne in, malzemenin
içersinde su olup olmadı ını, malzemenin kristal veya amorf yapıda olup
olmadı ını tanımaktır.
Maddeler iletkenlikleri açısından iletken, yarı iletken ve dielektrik
(yalıtkan) olarak sınıflandırılır. Dielektrik maddeler 4 eV dan daha büyük
bir yasak enerji aralı ına sahiptirler. Dielektrikler elektri i iletmezler,
fakat uygulanan elektrik alandan etkilenirler. Uygulanan elektrik alan
etkisinde, elektronlar ve atomlar yer de i tirir, sonuçta elektrik yük
merkezleri
kayar
ve
elektriksel
kutuplanma
olu ur.
Elektriksel
kutuplanma ile olu an dipoller, dielektrik malzeme yüzeyinde elektriksel
yük birikimi sa lar. Bundan dolayı kondansatör yapımında kullanılırlar.
Kondansatör malzemesi olarak kullanılacak dielektri in, ba ıl dielektrik
sabitinin çok yüksek ve dielektrik kaybın çok dü ük olması istenir.
2
Dielektrikler, elektrik devresinde yük transferini engelledikleri için
yalıtkan olarak kullanılırlar. Yalıtkan olarak kullanılmak istenen
dielektriklerin ba ıl dielektrik sabitinin büyük olması ve özdirençlerin ise
yüksek olması istenir.
Bu çalı manın amacı Gördes(Manisa) yöresi klinoptilolitin saf
(katkısız) formunun ve sentetik Zeolit 3A nın aynı formunun kondansatör
dielektri i veya yalıtkan malzeme olarak kullanılmasının mümkün olup
olmadı ını
ara tırmaktır.
Kapsamı
ise
bu
zeolitlerin
çe itli
sıcaklıklarda(20, 100, 150 oC) ve geni frekans aralı ında (0,3–42 MHz)
,
ve tanδ de erlerinin hesaplanarak ve
yorumlanmasından olu maktadır.
grafize edilerek,
3
2. ZEOL TLER
2.1 Tarihçe
Zeolitlerin tarihi, ke fedilen ilk zeolit minerali olan sitilbitin, 1756
yılında sveçli mineralog A. F. Cronstedt tarafından ke fiyle ba lar
(BARRER, R.M, 1985). 2000 yılı a kın süredir, zeolitik tüflerin, tu la
ta ı (MUMPTON, F.A., 1977) ve betonu olu turan ham maddelerden biri
olarak kullanıldıkları bilinmektedir (SERSALE and FRIGONE, 1985).
Binlerce yıldır kullanılmalarına ra men, gerçek tarihinin Cronstedt'in
ke fiyle ba ladı ı kabul edilir (BRECK, D.W., 1984). sim babası olan,
Cronstedt, sveç'in Lappmark bölgesinde Svappari bakır ocaklarında
buldu u bu mineralleri, deney tüpünde ısıtmı ve bunun sonucunda bu
minerallerin köpürdü ünü görmü ve bu özelli inden dolayı Yunanca
'
kaynamak' ve '
ta ' anlamına gelen '
zeo' ve ‘lithos' kelimelerinden
türeterek, bu minerallere '
zeolit'adını vermi tir (FLANIGEN, E.M.,
1991). Zeolitleri ise, toprak alkali ve alkali sulu alümino silikatları içeren,
yeni bir mineral olarak tanımlamı tır (MUMPTON, F.A., 1977).
Damour, 1840 yılında, zeolit kristalleri susuzla tırarak, morfolojilerini
ve saydamlıklarını incelemi
ve susuzla tırmanın tersinir
ekilde
oldu unu ke fetmi tir. Eichorn, 1854 yılında, zeolitlerde iyon de i im
özelli ini incelemi ve tersinir oldu unu ke fetmi tir. St. Claire Deville,
1862 yılında, do al zeolit olan levynit'in ilk hidrotermal sentezini
gerçekle tirmi tir. Weigel ve Steinhoff, 1925 yılında zeolitlerin ilk
moleküler elek özelli ini incelemi lerdir. Onlar, susuzla tırılmı
kristallerinin, hızlı bir ekilde suyu, metil alkolü ve formik asidi
abazit
4
adsorpladı ını,
benzen,
aseton
ve
eteri
adsorplamadı ını
ke fetmi lerdir . Zeolitlerin ilk x ı ını kırınım yöntemi ile yapı tayini,
1930 yılında Taylor ve Pauling tarafından yapılmı tır. 1932 yılında,
McBain tarafından, moleküler çapta elek gibi davranan, gözenekli katı
malzemeler, moleküler elekleri olarak tanımlanmı tır (BARRER,R.M.,
1978).
ngiltere' de Barrer, 1935 ile 1940 yılları arasında, zeolit
adsorpsiyonu ve sentezlenmesi üzerine öncü çalı malar yapmı tır.
Barrer'
in zeolit sentezlenmesi üzerine yaptı ı çalı malar, A.B.D.'de
Union Carpide irketinin bir birimi olan, Linde Coorparation da çalı an,
R. M. Milton ve çalı ma arkada ı D. W. Breck'e esin kayna ı olmu tur.
Bu çalı maların sonucunda, gözenek boyutu daha büyük ve geni olan,
zeolit A ismini verdikleri, ilk sentetik zeoliti geli tirmi lerdir. 1949 –
1954 yılları arasında ticari de eri olan, zeolit A ile birlikte, zeolit Y ve X'
i de ke fetmi lerdir (ÇET NEL ve arkada ları, 1996). Sonraki yıllarda
sentetik zeolitlerin geli tirilmesi çalı maları artarak devam etmi tir.
1950'li yıllara kadar, do al zeolit minerallerinin, bazaltlar ve volkanik
kayaçlar içindeki tüflerde, az miktarda bulundu u dü ünülmü tür
(SERSALE, R., 1985). 1950'li yıllardan, 1962 yılına kadar yapılan
jeolojik ke ifler sonucunda, bu dü üncenin do ru olmadı ı ve adsorbent
olarak ticari uygulamaya sahip olan klinoptilolit, abazit, mordenit ve
eriyonit gibi do al zeolit içeren yatakların Japonya, A.B.D., Rusya
Federasyonu, Do u ve Batı Avrupa ve çe itli Afrika ülkelerinde bulundu u
görülmü tür. Günümüzde Japonya, do al zeolitin en büyük kullanıcısıdır.
5
2.2 Mineralojisi, Sınıflandırılması ve Özellikleri
Alkali ve toprak alkali elementlerin, kristal yapılı sulu alümino
silikatlarına zeolit adı verilir (FLANIGEN, E.M., 1977). Zeolitler, SiO4 ve
AlO4 dörtyüzlülerinin, üç boyutta sonsuz ba lanmaları ile olu an, temel
silikat yapısına sahiptirler (ALBERTI and FETTING, 1994). Yapıdaki
her oksijen, iki dörtyüzlü tarafından payla ılır. ekil 2.1'de gösterildi i
gibi SiO4 ve AlO4 dörtyüzlülerinde, ortada, oksijenden daha küçük olan
Si+4 ve Al+3 iyonu, kö elerde ise oksijen iyonları bulunur. Oksijen iyonu
-2, silisyum iyonu ise +4 de erli ine sahiptir. Silisyum iyonu, etrafındaki
oksijen iyonlarından, ancak -4 de erli ini kar ılar. Bu durumda, her
oksijen iyonunun, -1 de erli i kalaca ından, ba ka bir silisyum iyonu ile
birle ebilir (BARRER, R.M., 1982). Alümino dörtyüzlüsü incelendi inde
ise elektrik yükünün dengelenmesi ve kristal yapının olu ması için Ca+2,
K+ ve Na+ gibi yapıdaki de i ebilir katyonlardan sa lanabilen, fazlalık bir
artı yüke ihtiyaç oldu u görülür (RUTHVEN, D.M, 1984).
Dörtyüzlülerin uzayda de i ik biçimde birle melerinden, zeolitin bal
pete ine benzeyen, gözenek ve kanallarını içeren, kristal yapısı olu ur
(GOTTARDI and GALLI, 1985). Zeolitlerin en önemli yapısal özelli i,
bu kanallardır (VEDRINE, J.C., 1992).
ekil 2.1 SiO2 ve AlO4 dörtyüzlüsü
6
ekil 2.2. Zeolit yapılar
a)
Silika ve alümino dörtyüzlülerinin olu turdu u
kesik kübik dörtyüzlü çatının stereoskobik görünümü
b)
Sadece dörtyüzlü merkezlerini birle tirerek, elde
edilen kesik kübik dörtyüzlü çizimi
c)
Kesik kübik dörtyüzlülerin birle mesi ile olu an
fojasit yapı
Zeolitlerin kanal geni likleri, birkaç angstrom (A) boyutundaki
moleküllerin geçmesine uygundur. Zeolitlerin kristal yapısındaki yabancı
iyonların veya moleküllerin barınabilece i bo luk miktarı toplam
hacmin, %20 – 50'sine ula abilir.
Zeolitlerin ideal kimyasal formülü,
M x / n [Al x Si
y
O 2(x+y)].pH2 0
(2–1)
dır.
Burada; M, herhangi bir alkali yada toprak alkali katyonu;
(Na+, K+, Li+, Ca+2, Mg+2, Ba+2 ve Sr+2)
n, katyon yükünü gösterir. y/x oranı, 1 ile 6 ve p/x oranı ise 1 ile 4
arasında olan bir sayıdır (TSITSISHVILI and ANDRONIKASHVILI,
1992).
7
Çizelge 2.1. Zeolitlerin sınıflandırılması
Grup Adı_____ Mineral Adı
________________ Kimyasal Birlesimi
1 Analsim Grubu
Analsim
Na16 Al16 Si32 O96.16H2O
Wairakit
Ca8 Al16 Si32 O96 . 16H2O
Viseit
Na2 Cal0 Al20 Si6 P10 O60 (OH)36. 16H2O
Ca4 Al8 O48 . 16H2O
2 Lamontit Grubu
Lamontit
Ca2 Al4 Si12 O32 . 8H2O
Yugawaralit
(Sr, Ba, Ca)2 Al4 Si12 O32 . 10H2O
Brewsterit
C a 2 A l 4 S i 1 2 O 3 2 . 10H2O
Goosecreekit
3 Natrolit Grubu
Natrolit
Na16 Al16 Si24 O80 .16H2O
Tetranatrolit
Na14.4Ca0.4 Al15.3Si24.7O80. 16H2O
Mesolit
Na14 Ca Al16 Si24 O80 . 16H2O
Skolesit
Ca4 Al8 O40 . 12H2O
Gonardit
Na5 Ca2 Al9 Si11 O40 . 12H2O
Tomsonit
Na4 Ca8 Al20 Si20 O80 . 24H2O
Edingtonit
Ba2 Al4 Si6 O20 . 8H2O
4 Mordenit Grubu
Mordenit
(Na2, Ca)4 Al8 Si40 O96 . 28H2O
Da iardit
(Na2, K2,Ca)2 Al4 Si20 O48. 12H2O
Epistilbit
Ca3 Al6 Si18 O48 . 16H2O
Ferierit
(Na2 ,K2 ,Ca, Mg)3 Al6 Si30 072 . 20H2O
Bikitait
Li2 Al2 Si4 O12. 2 H2O
5 Hoylandit Grubu
Hoylandit
Na, Ca4 ,Al9, Si27 O72 .24H20
Klinoptilo
(K2, Na2, Ca)3 Al6 Si30 O72 . 21H2O
lit
Na2 Ca4 Al10 Si26 O72 .30H2O
Stilbit
Ca8 Al 16 Si56 O144 . 56H2O
Stellerit
Na 1 6 Al 1 6 Si 5 6 O144 . 52H20
6 Filip sit Grubu
Filipsit
K2 (Ca, Na2)2 Al6 Si10 O32 . 12H2O
Harmotom
Ba2 (Ca0,5 Na) Al5 Si11 O32 . 12H2O
Merlionit
(K, Na)5 (Ba, Ca)2 Al9 Si23 O64 . 24H2O
Gismondin
Ca4 Al8 Si8 032 . 16H2O
Garronit
N a C a 2,5 A I 6 S i 10 O 3 2 . 13H2O
Gobbinsit
Na4 (Ca, Mg, K2) Al6 Si10 O32. 12H2O
Amisit
Na4 K4 AI8 Si8 O32 . 10H2O
Mazzit
K2 Mg2 Ca1.5 Al9 Si27 O72 . 28H2O
Paulingit
(K2 Na2 Ca)86 Al172 Si500 01344. 700H2O
(K2 Na2 Ca Mg)4 Al8 Si28 O73 . 28H2O
7 Eriyonit Grubu
Eriyonit
(K2, Ca, Mg)2,5 Al5 Si13 O36 . 15H2O
Ofretit
Na Ca2,5 Al6 Si12 O36 . 18H2O
Levinit
8
abazit Grubu
Sabazit
(K2, Na2 K2)2 Al4 Si8 O24. 12H2O
Wilhendersonit Ca2 K2 Al6 Si6 O24 . 10H2O
Gmelinit
(Na2, Ca)4 Al8 Si 1 6 O48 • 22H2O
9 Fojasit Grubu
Fojasit
(Na2, Ca, Mg )29 Al58 Si134 O384 . 240H2O
10 Bilinmeyen Yapılar Partheit
Ca 8 Al l 6 Si l 6 O 6 4 . 16H2O
Kovlesit
Ca 6 Al 1 2 Si 1 8 O 6 0 .3 0 H 2 O
Perlialit
K9 Na(Ca, Sr) Al l 2 Si24 O72. 15H2O
8
Çizelge 2.2 de ise, önemli sentetik zeolitler, kimyasal bile imleri ile
verilmektedir.
Çizelge 2.2. Önemli sentetik zeolitler (BRECK and ANDERSON, 1978)
Zeolit A
Na12[(AlO2 ) 12 (SiO2 ) 12 ].27H2 O
Zeolit X
Na86[(AlO2 ) 86 (SiO2 ) 106 ].264H2 O
Zeolit Y
Na56[(AlO2 ) 56 (SiO2 ) 136 ].250H2 O
Zeolit L
K9[(AlO2 ) 9 (SiO2 ) 27 ].22H2 O
Zeolit Omega
Na6.8(Tetrametilamonyum)1.6 [(AlO2 ) 8 (SiO2 ) 28 ].21H2 O
ZK-5
(Na2, R)15 [(AlO2 ) 30 (SiO2 ) 66 ] . 98H2 O
Zeolit W
K42 [(AlO2 ) 42 (SiO2 ) 76 ].107 H2 O
Zeolit P - W
K16 [(AlO2 ) 29 (SiO2 ) 25 (PO2 ) 10 ].55 H2 O
Zeolit T
(Na1.2, K2.8 ) [(AlO2) 4 (SiO2)14 ]. 14.4 H2 O
Zeolit P
Na6[(AlO2 ) 6 (SiO2 ) 10 ].15H2 O
Zeolit F (Linde)
K11[(AlO2 )11 (SiO2 ) 11 ].16H2 O
Zeolitlerin çatı yapısı, katyonlar ve su molekülleri tarafından i gal
edilen, kanalları ve ara bo lukları içerir. Zeolitleri, benzer özelliklerdeki
mineral gruplarından ayıran, en önemli özelliklerden birisi de, yapı
içerisindeki kanallarda su moleküllerinin bulunmasıdır (KUHL, G., 1998).
Bu bo luklarda, Na+, Ca+2, K+ katyonları, su molekülleri ile çevrilirler ve
bu su molekülleri, zayıf ba larla hem artı yüklü katyonlara hem de silikat
yapısına ba lıdırlar. Bu katyonlar, hareketlidir ve düzenli biçimde iyon
de i imini gerçekle tirirler. Genelde, yapısında Ca+2 iyonu bulunan
9
zeolitler, daha fazla miktarda su içerirler. Yüzey suyu, hacimce %50’lere
varan bir oranda, çatı içinde bulunmasına ra men, ısıtılarak, çatıya zarar
vermeden yapıdan uzakla tırılabilir ve tersinir olarak yapıya alınabilir.
Isıtma sıcaklı ı, zeolitin cinsine göre de i ir.
Do al zeolitlerde, Si / Al oranı, 1 ile 6 arasında de i en bir de er alır
(HIGAZY and friends, 1992). Si/Al oranının üst sınırı klinoptilolit,
mordenit, ferierit ve da iardit gibi do al zeolitler için 5 veya 6'dır. Bazı
zeolitlerde AlO4 dörtyüzlüleri, SiO4 dörtyüzlüleri ile de i tirilebilir. Bu
durum, kristal yapısında bir de i ikli e neden olmaz. Zeolitlerde,
SiO4/AlO4 oranı arttıkça, zeolitlerin asitlere ve sıcaklı a kar ı
dayanıklılı ının arttı ı gözlenir. Zeolit A ve X'de, bu oran yakla ık
olarak 2'
dir. Bu de er Zeolitler için ula ılabilecek en yüksek Al
miktarıdır.
Zeolitler, 100 °C - 350 °C sıcaklık aralı ında ısıtıldıklarında,
yapılarında bulunan su molekülleri, yapıda bozulmaya sebep olmadan,
belli sıcaklıklarda, kesikli olarak de il de, sürekli
ekilde yapıdan
ayrılırlar (BRECK, W.D, 1984 – ORHUN, Ö., 1997). Zeolitin
yapısındaki yüzey suyu uzakla tırıldıktan sonra, zeolit bo luklarına
tekrar, H2O, NH3 (amonyak), Hg (cıva buharı) gibi, molekül boyutları ile
zeolit
yapının
uygun
oldu u,
maddeler
alabilir.
Zeolitler,
bu
özelliklerinden dolayı molekül elekleri olarak kullanılırlar. Alınan
katyonların özellikleri, kanal açıklı ını önemli ölçüde etkiler. Örne in
elektrik yükünün dengelenmesi için Ca+2 katyonu, iki Na+ katyonunun
yerini alabilir. Böylece kanal geni li i artar. Na+ katyonunun yerini, daha
büyük K+ katyonu alırsa kanal geni li i azalır. Yapıdaki katyonlar ne
10
kadar az sayıda bulunurlarsa, o kadar dola ım özgürlü üne sahip olurlar.
Ayrıca K+ ve Na+ gibi tek de erlikli iyonlar, daha zayıf elektrik yükleri ile
ba lı olduklarından, Ca+2 iyonları gibi çift de erlikli iyonlara göre daha
hareketlidirler.
Zeolitlerin, di er ayırt edici özelliklerinden biri de iyon de i im olayını
gerçekle tirebilmeleridir (ACKLEY and friends, 1992). Zeolitten süzülen
çözelti, herhangi bir engelle kar ıla madan geçerken, içerisindeki iyonlar,
zeolit
yapısındaki
iyonlar
ile
yer
de i tirebilir
(PARK
and
KOMARNEN , 1997). Bu yer de i tirme olayına, iyon de i imi denir.
Zeolitlerde iyon de i imi sırasında, çözeltideki katyonlar, zeolitin kendi
alümino silikat yapısındaki katyonlar ile yer de i tirir. Zeolitler, gram
ba ına 3-4 mili e de er grama kadar katyon de i im kapasitesine sahip
oldukları için çok iyi iyon de i tiricilerdir. yon de i imi ile zeolitin
yapısına giren katyonlar, zeolitlerin moleküler elek özelliklerini büyük
ölçüde de i tirirler.
2.3 Kullanım Alanları
Zeolitlerin endüstride geni kullanım alanı bulmalarının belli ba lı
nedenleri, yüksek iyon de i im kapasiteleri (MOSCOU, L., 1991),
adsorpsiyon ve moleküler elek olma özellikleri, kristal yapılarının
bozulmadan susuzla tırılmalarına uygun olması ve dü ük yo unluk gibi
kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olmalarıdır. Zeolitlerin uygulama
alanlarını geli tirmek için ara tırmalar devam etmektedir. u ana kadar
yapılan çalı malar sonucunda, zeolit A, X, Y, L, omega, ZK- 5, F ve W
gibi sentetik Zeolitler ile klinoptilolit, abazit, eriyonit, analsim, ferierit,
11
lamontit, fılipsit ve mordenit gibi do al zeolitlerin ticari kullanım
alanlarına sahip oldu u görülmü tür (M NATO, H., 1985). Sentetik
zeolitlerin ço u, tek bir kullanım alanına sahiptir. Örne in ZK - 5 zeoliti,
kataliz (ARAFAT and friends, 1992) ve F ve W zeolitleri ise iyon
de i im alanında kullanılırlar. Zeolit X ve Y ise, hem adsorpsiyon hem
de kataliz alanlarında kullanılırlar.
Do al Zeolitler, yalıtımda, kurutmada, dolgu malzemesi olarak ka ıt
üretiminde (QUANCHANG and friends, 1985), katkı maddesi olarak
hayvan yemi üretiminde, deterjan üretiminde (GABROVSEK, l., 1985 –
ZC , E., 1995), di macunu üretiminde (HERTZENBERG, E.P.), enerji
depolanmasında
(JUNG
and
friends,
1985),
diyaliz
sıvısının
rejenerasyonunda (YÖRÜKO ULLARI ve arkada ları, 1991), ya
petrokimya
sanayinde,
atık
sulardan
zararlı
metal
ve
katyonların
ayrılmasında, do al gazdan suyun ve CO2 nin uzakla tırılmasında,
havanın oksijence zenginle tirilmesinde, balık kültür sistemlerinde,
hayvan dı kısındaki kötü kokuların giderilmesinde, toprak ıslahında
(HOOFF and ROELOFSEN, 1991), kimyasal gübre sanayinde, radyoaktif
iyonların tutulmasında (DYER and ZUBA R, 1998), atık sulardan ve
tarımsal atıklardan NH4+ iyonlarının giderilmesinde (CIAMBELLI and
friends, 1985), CH4 gibi gazların ve suyun adsorpsiyonun da, sentetik
böbrek yapımında, pozolan çimentosu üretiminde, deniz suyundan içme
suyu elde edilmesinde (ÜNALDI, T., 1995) ayrıca yüzyıllardan beri,
dayanıklı oldukları ve kolaylıkla kesilip i lendikleri için yapı ta ı olarak
in aat sektöründe kullanılırlar (SARI Z ve NUHO LU, 1992).
12
Do al Zeolitler, sentetik zeolitlere kıyasla daha ucuzdur. Buna
kar ılık, do ada geni ve istenen saflıkta zeolit yataklarının az olması,
gözenek boyutu ve bo luk hacimlerinin sınırlı olması, bile imlerin uniform
olmayı ı ve yapılarındaki safsızlıklar, do al zeolitlerin kullanım
alanlarını sınırlandıran en önemli sebeplerdir(TOWNSEND, R.P., 1991).
2.4 KLiNOPTiLOLiT
2.4.1 Tarihçe
lk
klinoptilolit
örnekleri,
Pirsson
tarafından,
1890
bulunmu tur. Ancak Pirsson, kimyasal yapısının mordenit
tarihinde
eklinde
oldu unu iddia etmi tir. 1894 yılında yayınlanan, Dana'nın kitabında bu
bilgi, Pirsson'a atıf yapılarak verilmi tir. Schaller, 1932 yılında, Wyoming
(A.B.D.)'deki Hoodoo Da larında bulunan zeolit grubu minerallerinin,
farklı bir do al zeolit grubu oldu unu ileri sürmü ve bu minerallere
klinoptilolit adını vermi tir.
Hay ve Bannister tarafından, 1943 yılında gerçekle tirilen, x- ı ını
analizleri sonucunda, klinoptilolit, farklı bir mineral olarak de il, yüksek
silikalı höylandit olarak tanımlanmı
ve aralarındaki sıkı ili ki
vurgulanılmı tır. 1960 yılında Mason ve Sand ve aynı yıl Mumpton
tarafından klinoptilolitin iki yeni tanımı önerilmi tir. Mason ve Sand'e
göre klinoptilolit, (Na + K) > Ca olan höylandit grubu bir zeolittir.
Mumpton'a göre ise klinoptilolit, höylandit grubu zeolitlerden olup,
450 °C de ani ısıtmada kristal yapıları bozulmayan minerallerdir. Alietti
ve Boles, 1972 yılında, höylandit grubu zeolitlerin kimyasal birle imleri ve
ısıl davranı ları arasındaki ili kiyi ara tırmı ve Boles, e er Si / Al oranı 4'
13
den büyükse bu zeolitlere klinoptilolit, 4'den küçükse höylandit ismi
verilmesini önermi tir. Klinoptilolit ve höylandit arasındaki ayrım, çok
kesin de ildir. Bu konuda, Mason ve Sand tarafından yapılan, bu grubun
minerallerinden,(Ca + Sr + Ba) > (Na + K) olanların höylandit ve
di erlerinin ise klinoptilolit oldu u eklindeki tanımlama kabul edilmi tir
2.4.2. Mineralojisi ve Özellikleri
Klinoptilolit, höylandit do al zeolit grubunun, silikaca zengin bir
üyesidir ve höylandit ile benzer bir yapı gösterir.
Kimyasal birle imi,
(Na, K)6 (Al6 Si30 O72). 20H2O
(2.3)
eklindedir. Klinoptilolit, monoklinik simetriye sahiptir (KHULBE and
friends, 1997).
ekil 2.4.1 de gösterildi i gibi, klinoptilolitin kristal yapısı,
dörtyüzlülerin dört, be ve altı elemanlı halkalarından olu an katmanlar
eklindedir. Bu katmanlar, oksijen köprüleri ile birbirlerine ba lanırlar
(ORHUN ve arkada ları, 1995). Ba lanmalar sonucunda katmanlar
arasında iki boyutlu (2D) mikro gözenekli kanal yapısı olu ur. ekil 2.4.2
de gösterilen, eliptik pencere adı da verilen, bu kanalların boyutları, 7,9 x
3,5 A ve 4,4 x 3 A'dur .
Klinoptilolitin katyon konumları ise ekil 2.4.3 de gösterilmektedir.
Klinoptilolitin yapısı düzlemlere göre incelendi inde ise, ab düzleminden
bakıldı ında (0 0 1) kristalografık düzlemine dik, c ekseni boyunca
birbirine paralel konumda bulunan, 8 ve 10 üyeli halkalardan, bc
14
düzlemine bakıldı ında ise (1 0 0) kristalografık yüzeyine dik, a ekseni
boyunca, 8 üyeli halkalardan olu an kanallar sistemi eklinde oldu u
görülür.
Chen
ve
arkada larının
yapmı
oldu u,
tam
olarak
sonuçlandırılmamı çalı manın yapısal verilerine göre, Kaliforniya'daki
klinoptilolitlerin çatı topolojilerinin, höylanditten biraz farklı oldu u
görülmü tür. Bu çalı maya göre höylandit yapısı, sekiz ve on üyeli
halkaların her ikisinden, klinoptilolit yapısı ise yalnız on üyeli halkalardan
olu an kanallara sahiptir (TOMAZOVIC and friends, 1996).
ekil 2.4.1 Klinoptilolitin kristal yapısı
ekil 2.4.2 Klinoptilolitin ab kristal düzlemi
15
ekil 2.4.3. Klinoptilolit yapısındaki katyon konumları
Genellikle klinoptilolit, kimyasal analizler sonucunda yapılarındaki, K
ve Na içeren de i mez katyonların yüzde a ırlıklarına göre, orijinal
klinoptilolit, Na - klinoptilolit ve K - klinoptilolit olarak üç gruba ayrılır.
Örne in K2O bile imi, K – klinoptilolit de, % 8.30, Na – klinoptilolit
de % 1,12 ve orijinal klinoptilolit de ise % 2,68'dir (MINATO, H.,
1980).
16
Klinoptilolitin de i ebilir katyonları, Na+, K+, Ca+2 ve Mg+2 dir . 1960
yılında Ames ve Chelishchev ve arkada ları tarafından klinoptilolitin
katyon seçicili i üzerine çalı malar yapılmı tır. Ames, radyoaktif sezyum
(Cs137) ve alkali veya toprak alkali tuz çözeltileri hazırlayarak,
klinoptilolitte iyon de i imi üzerine çalı malar yapmı tır. Bu çalı malar
sonucunda klinoptilolitin katyon seçicili inin,
Cs>Rb>K>NH4>Ba>Sr>Na>Ca>Fe>Al>Mg>Li
eklinde oldu unu gözlemi tir (FLANIGEN and MUMPTON, 1977).
Chelishchev ve arkada ları tarafından yapılan çalı malar sonucunda da
katyon seçicili inin a a ıdaki ekilde oldu u gözlenmi tir.
Cs>Rb>K>Na>NH4>Pb>Ag>Ba>Na>Sr>Ca>Cu>Zn>Li
Klinoptilolitte serbest su, hafifçe ba lı su ve sıkıca ba lı su olmak üzere
üç tip su bulunur. Knowlton ve White yaptıkları çalı malarda, serbest suyun
65 - 85 °C de, hafifçe ba lı suyun yakla ık 171 °C de ve sıkıca ba lı
suyun
ise
yakla ık
271
°C
de
yapıdan
uzakla tırılabildi ini
göstermi lerdir (ÜLKÜ ve arkada ları, 1999). Kristal yapıda herhangi bir
bozulma olmaz. Çünkü klinoptilolitin ısıl kararlılı ı yakla ık 700 °C ‘dir.
Filipsit ve klinoptilolit deniz dibi sedimanter kayaçların kütlesinin
yakla ık %80'nini olu tururlar ve sedimanter kayaçlarda en fazla bulunan
do al zeolitlerdir (BOLES, J.R., 1977). Ayrıca A.B.D. , Japonya ve Yeni
Zelanda'da yüksek miktarda ve saflıkta yatakları oldu u bilinmektedir.
Avrupa'da ise Bulgaristan ve Macaristan'da klinoptilolit yatakları vardır.
Ayrıca Yugoslavya'da da birkaç olu um bilinmektedir (KLOPP and
friends, 1980).
letilen veya i letim için uygun kalitede olan klinoptilolit
17
yataklarına sahip olan di er bazı ülkeler ise Eski Rusya, Polonya,
Romanya, Güney Afrika, Çin, Kore, Arjantin, Küba ve Meksika'dır. Bu
ülkelerdeki klinoptilolit yatakları i letilmektedir.
Türkiye'de belirlenmi olan, klinoptilolit yatakları ise BalıkesirBigadiç, Manisa-Gördes, zmir-Urla, Gediz-Hisarcık, Kütahya- aphane ve
Emet-Yukarı Yoncaa aç'dadır . Türkiye'de detaylı etüdü yapılmı tek
zeolit sahası, Manisa-Gördes civarındaki M.T.A. ruhsatlı sahasıdır.
Sahada, 18 milyon ton görünür zeolit rezervi ve 20 milyon ton zeolitik tüf
belirlenmi tir.
2.4.3 Kullanım Alanları
Klinoptilolitin sezyumu tutma kapasitesi, iyon de i tirici reçinelerden
yakla ık otuz kat daha fazladır. Bu özelli inden dolayı klinoptilolit, katı
atıklarda Sr90 ve Cs137'nin tutulmasında kullanılmaktadır. lk olarak 1959
yılında Ames, Washington' daki Hanfort laboratuarlarında yaptı ı
çalı mada klinoptilolitin, nükleer atıklardaki radyoaktif Cs ve Sr u
uzakla tırdı ını göstermi tir. 1963 yılında, A.B.D.'nin birçok nükleer
santralinde benzer çalı malar yapılmı tır. ngiltere'de Sellafield nükleer
santralin atıklardan, Cs ve Sr izotoplarının uzakla tırılarak, büyük ölçüde
radyoaktivitesi dü ürülmü
atıkların denize gönderilmesi i leminde
klinoptilolit kullanılmı tır. 1963 yılında, Knoll ve 1965 yılında da Short
ve Hawkins tarafından benzer çalı malar yapılmı tır. Çernobil'
deki
kazadan sonra çevredeki otları yiyen hayvanların besinlerine klinoptilolit
karı tırılarak, hayvan vücuduna giren radyoaktif izotopları azaltmak
mümkün olmu tur. Türkiye' de ise Çekmece Nükleer Ara tırma
18
Merkezinde yapılan bir çalı mada klinoptilolitin stronsiyumu so urması
incelenmi tir (BA SARI ve AKYÜZ, 1997). Aynı yerde yapılan, ba ka
bir çalı mada ise klinoptilolitin sezyum ve kur un elementlerini
so urması incelenmi tir (BA SARI ve arkada ları, 1997).
Ames ve Mercer , klinoptilolitin amonyum iyonları (NH4+) için yüksek
seçicilik sergiledi ini bulmu lar, klinoptilolitin, kentsel ve tarımsal
atıklardaki
amonyum
iyonlarının
tutulmasında,
yararlı
olaca ını
göstermi lerdir. 1971 yılında Minesota'da, Rosemont akarsuyu üzerine
0,6 milyon galon arıtma kapasiteli bir tesis kurulmu tur. Herbiri 300 ft3
lük 6 adet kolondan olu an, bu tesisteki her kolonun içine 90 ton toz
klinoptilolit, kentsel ve tarımsal atık su arıtımını sa lamak için
konulmu tur. Türkiye'de de benzer çalı malar yapılmaktadır. Bunlardan
biri ise su arıtımında amonyum uzakla tırılması üzerine S. Ülkü ve F.
Turgut tarafından yapılan çalı madır (ÜLKÜ ve TURGUT, 1991).
Tutulan NH4+ un sülfürik asit ile birle mesi sa lanarak, amonyum
sülfat gübresi üretimi gerçekle tirilir. Böylece atık suların temizlenmesi
i lemi sonucunda, amonya ın atmosfere yayılması önlenir. Japonya'da
yıllardır çiftçiler, avlularındaki atıkların üzerine toz klinoptilolit
serpmektedir. Böylece azotun büyük bir bölümünün katı biçimde kalması
sa lanmakta ve sonuçta, hayvan gübresinin kalitesi artmaktadır. Ayrıca
atıkların sıvı kısmında bulunan amonyaklı azot sıvıdan uzakla tırılmakta,
sızıntı ile bu sıvıların derelere ula ması durumunda sebep olaca ı, su
kirlili inin önüne geçilmektedir.
1973 yılında Fujimori ve Moriya yaptıkları çalı mada, a ır metal
19
iyonlarını
(Pb>Cd>Cu>Zn),
klinoptilolitin
uzakla tırdı ını
tespit
etmi lerdir. Bu tespit, endüstriyel atık suların arıtılmasında, klinoptilolitin
kullanılabilece ini gösterir.
Texas Üniversitesinde ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsünde, güne
enerjisinden elde edilen ısının do al abazit ve klinoptilolit üzerine
depolanması ve yeniden kullanılması üzerine yapılan ara tırmalardan
önemli sonuçlar elde edilmi tir.
1970 yılında Kobayashi, dolgu malzemesi olarak klinoptilolit
kullanılan kâ ıtların, daha dayanıklı, daha iri hacimli, saydam, kesimi daha
kolay ve kille doldurulmu olana göre mürekkebi daha az da ıttı ını
bulmu tur. 1976 yılında da Kato, fotokopi ka ıtlarının kaplanması ve
plastiklerin renklendirilmesi için geli tirdi i bile ime klinoptilolit
katkılamı tır. Benzer çalı malar, Quanchang ve arkada ları tarafından Çin'
deki Zeolit Ara tırma Laboratuarında yapılmı tır. Torii ise 1978 yılında
yayınladı ı yazıda, ka ıt dolgu malzemesi olarak yılda yakla ık 4000 ton
klinoptilolitin Japonyada kullanıldı ını belirtmi tir. Aynı amaç için daha
büyük miktarlarda da A.B.D.de kullanıldı ı bilinmektedir.
1970'li yıllarda Kato ve arkada ları, klinoptilolitin fluorid içeren di
macunlarında, parlatıcı bir madde olarak yararlı oldu unu ve di leri,
yerine
kullanılması
için
önerilen,
CaHPO4
(kalsiyumhipofosfat)
maddesinden daha az a ındırdı ını bulmu lardır.
Hayvan yemine katılan klinoptilolit, hayvanın sindirim sistemindeki
faaliyetleri yava latır ve besinlerin uzun süre içinde sindirilmesini sa lar.
Yeme %3-10 oranında klinoptilolit katılması, normal beslenmeye kıyasla
20
%25'lik a ırlık artımına sebep olur. Bu konuda 1960'lı yıllarda Leghorn
bölgesindeki tavuk çiftliklerinde ara tırmalar yapılmı tır. Daha sonra
Amerikalı ara tırmacılar, %5 klinoptilolit katkılanmı yem ile beslenen
civcivlerin daha hızlı geli ti ini belirlemi lerdir. Tavuklara aynı karı ımın
verilmesi sonucunda elde edilen yumurtanın, kabu unun daha kalın ve
yumurta boyutunun daha büyük oldu u da görülmü tür. Domuz yemlerine
de klinoptilolit katkılanarak hayvanların geli imi incelenilmi ve %25 29 oranında a ırlık artı ı oldu u gözlenmi tir. Benzer çalı malar, 1968
yılında Kondo ve Wagai tarafından da yapılmı ve ba arılı sonuçlar
alınmı tır.
Çimento üretiminde, perlit yerine klinoptilolit kullanılabilir. 1974
yılında Bush, bu konuda yaptı ı çalı mada, Barstow (A.B.D.)
yataklarından aldı ı klinoptilolitin 1150 – 1250 °C de 5 dakika
ısıtıldı ında 4- 6 kat genle ti ini belirlemi tir. Yugoslavya'
da çimento
agrega malzemesi olarak, 1200 - 1400 °C ısıtılan klinoptilolit
kullanılmaktadır.
1978
yılında,
Galabova
ve
arkada ları,
havanın
oksijence
zenginle tirilmesi konusunda klinoptilolitle çalı mı lar fakat aldıkları
sonuçların, mordenitle yapılan çalı mada alınan sonuçlar kadar iyi
olmadı ını görmü lerdir.
Güney Meksika'da birçok binalar, yakla ık %90 oranında mordenit ve
klinoptilolit içeren zeolitik tüflerden kesilerek yapılmaktadır. Aynı
ekilde, yakla ık %85 oranında klinoptilolit içeren Japonya' nın
Otsunomiyo ehri yakınlarındaki zeolit yatakları da yüzyıllardır bina ta ı
21
elde edilmesi amacıyla kullanılmaktadır.
Petrol ve kömür kullanan tesislerin bacalarından çıkan CO2 ve di er
havayı
kirletici
gazlar,
zeolitlerin
adsorplayıcı
özelli i
ile
ayrılabilmektedir. Bu alanda, mordenit ve klinoptilolitin çok iyi sonuçlar
verdi i yapılan çalı malarda ortaya konmu tur. Bu çalı malardan biride
Ö. Orhun tarafından yapılan çalı madır (ORHUN, Ö., 2000).
2.5 Sentetik Zeolitler
Denemelerimizde kullandı ımız zeolitlerden biri olan sentetik zeolit
13x, Linde Division of Union Carbide Corparation tarafından yapılmı
olup, hidratize bir birim hücrenin kimyasal bile imi
Na86[(AlO2)86(SiO2)106] . 276 H2O
ile verilmi tir.
Breck’ e göre;
(2.4)
zeolit 13x’in birim hücresi,
kenar
uzunlu u 24,95 Ao olan bir küptür. Denemelerimizde, a ırlıkça %20 bir
inert kil ba layıcı ihtiva edecek
ekilde özelle tirilmi
zeolit 13x
tanecikleri kullanılmı tır. Tamamıyla molekül suyu alınmı
zeolit
kristallerinin yo unlu u 1,29 gcm-3 dür. A ırlıkça %2 su ihtiva eden
kısmen molekül suyu alınmı tanecik 1,0 gcm-3 civarında bir yo unlu a
sahip olup, bu su, yapısal bozunmayı önlemek için gereklidir. Kristaller
ve ba layıcılar tarafından i gal edilmi olan farklı cisimler çizelge 2.5.1
de gösterilmi olup, her bir taneci in hacmi için %100 temel alınmı tır.
22
Çizelge 2.5.1 A ırlıkça %2 su ihtiva eden zeolit 13x taneciklerinin hacimsel
bile imleri
Hacim
Kristal
içi
bo luk
Kristalin katı kesri
Ba layıcının katı kesri
Kristaller arası bo luk
Tane hacminin yüzdesi
28.1
29.2
9.3
33.4
Zeolit3A ise Carl Roth KG chemische Fabrik firmasınca imal edilen
Molekularsieb 3A Typ 564 sentetik zeolit olup, hidratize bir birim
hücrenin kimyasal bile imi
K12[(AlO2)12.(SiO2)12] . 23H2O
ile verilmi tir.
(2.5)
23
3. D ELEKTR KLER
çinde serbest yüklerin bulunmadı ı yalıtkan ortamlara "Dielektrik
ortam" veya basitçe "Dielektrik" denir. Dielektrikler, üzerine elektrik
alan uygulandı ında elektrik alanı bünyesinde uzun süre tutabilen
maddeler olarak bilinir. Bu maddeler uygulanan do ru akım voltajı etkisi
altında yüksek dirence sahiptir ve bu nedenle elektriksel özellikleri
bakımından iletken modellerden farklıdır.
Elektriksel yalıtma maddelerinin elektrik devrelerinde ve elektronik
cihazlarda kullanılma zorunlulu u bu maddeleri incelemeye de er bir
hale getirmi tir. Bu nedenle dielektriklerin özellikleri ve bu özelliklerinin
madde yapısına, de i ik iç ve dı faktörlere ba lılı ı bilimin önemli bir
alanını i gal etmektedir.
Dielektrikler,
karı ım halinde
kullanılma ko ullarına göre katı, sıvı,
gaz
veya
seçilebilirler. Katı dielektriklerle sıvı ve gaz
dielektriklerin davranı ları arasındaki farklılık, katılarda polar molekül
yönelmelerinin kristal örgüleri tarafından sınırlandırılmasından ortaya
çıkmaktadır. Bu kısıtlama normal olarak dipol kutuplanmasını azaltır.
3.1 Elektrik Alan çinde Dipol
Bir maddenin moleküllerinin polar olması, moleküldeki (+) ve (-) yük
yo unluklarının küçük mesafelerde birbirlerinden ayrılmı
olması
demektir.
x uzaklı ında bulunan +q ve -q yükü bir elektrik dipol olu turur. Bu
vektörel büyüklü ün do rultusu
olarak alınır ( ekil 3.1).
(-) uçtan (+) uca do ru yönelmi
24
ekil 3.1 Dipol moment.
Dipol momentin sayıca de eri,
=qx
(3-1)
ile verilir. Dipol momentin birimini genellikle debye (D) olarak
kullanmak uygundur.
Polar maddenin molekülleri elektrik alan yokken tümüyle geli igüzel
da ılım gösterir. Madde dı ortama kar ı nötr bir durum sergiler. Elektrik
alan uygulandı ı zaman dipol momentler kısmen alanla paralel duruma
gelir ( ekil3.2). Bu yönelmeler sonucunda madde dı ortama kar ı iki
kutuplu elektrikçe yüklü bir görünüm kazanır, madde polarize olmu tur
veya kutuplanmı tır denir.
ekil 3.2 Dipollü moleküllerin geli igüzel ve alan içinde da ılımı.
25
Isıl etkiler tam paralelli e izin vermez. Moleküller sabit bir ısısal
uyarılma içerisinde bulunduklarından, dipol momentlerinin dı elektrik
alan (E) do rultusu ile çakı abilme miktarı, elektrik alan iddetinin
artması veya sıcaklı ın azalması ile do ru orantılıdır.
Madde molekülleri polar de ilse, elektrik alan etkisi ile olu an yük
kaymaları sonucunda indüksiyon dipolları olu abilir ve bunlar da
kutuplanmaya katkıda bulunurlar. ndüksiyon dipolunun büyüklü ü her
madde için farklı olan
=
kutuplanabilirli i ile orantılıdır.
E
(3.2)
ndüksiyon kutuplanması ısıl etkilerden ba ımsızdır, yalnızca elektrik
alan iddeti ve
yi etkileyen maddenin atom numarası ile orantılıdır.
ekil 3.3 de gösterilen kutuplanmı dielektrik maddenin uçlarında
+
p
ve -
p
yüzeyce yük yo unlukları olu ur. Maddenin birim hacmindeki
dipol moment kutuplanma olarak tanımlanır ve P ile gösterilir.
P= σ p =
δµ
δV
(3.3)
dir. V = A . x oldu una göre
=
yazılabilir.
p.
A. x
(3.4)
26
ekil 3.3. Kutuplanmı dielektrik madde (Moulson and Herbert, 1993).
Dielektrik maddeye statik elektrik alan uygulandı ı zaman yük
ta ınımı olu maz bunun yerine dielektrikte yeni düzenlemeler olu ur ve
dielektrik kutuplanır. Çe itli kutuplanma i lemleri
gösterilmi tir (Moulson and Herbert, 1993).
ekil 3.4. De i ik kutuplanma tipleri
ekil 3.4 de
27
Bütün maddelerde meydana gelen elektronik kutuplanma, atomun
içindeki elektronların çekirde e göre küçük bir yer de i tirmesiyle
olu ur. Bu olu um UV ı ık frekansında, 10-15 saniyede ortaya çıkar.
Ayrıca iyonik maddelerde anyon ve katyonların ba ıl yer de i tirmesini
içeren iyonik veya atomik kutuplanma vardır. Molekül uygulanan alan
etkisiyle bükülür ve gerilir. Atomik kutuplanma IR bölgede, 10-12 - 10-14
saniyede meydana gelir. Uygulanan elektrik alan dipollü maddelerin
moleküllerini yönlendirdi i zaman, dipolar kutuplanma ortaya çıkar.
Alçak viskoziteli sıvılarda, küçük moleküller için i lem 10-11 - 10-10 s de
mikrodalga bölgesinde, büyük moleküller veya viskoz sıvılar için 10-6 s
ile radyofrekans bölgesinde ve çok viskoz sıvılar , camlar ve katılar için
kutuplanma i lemi için gerekli süre saniye, dakika veya daha büyük
de erlerde olabilir. Bu kutuplanma MHz ve GHz frekans bölgesine
kar ılık gelir. Son olarak uzay yükü kutuplanması, yük ta ıyıcıların
tanecik (grain) sınırı veya faz sınırında var olan bir potansiyel engelinde
duruncaya kadar hareket etmesi ile olu ur. Bu da kHz ve MHz
bölgelerinde gözlenir. Kutuplanmanın frekansa ba lı olarak gösterdi i
dispersiyon e risi ekil 3.5 de verilmektedir (SMYTH, C.P. 1955).
Maddenin dielektrik davranı ını incelemek maddenin yapısını
anlamak bakımından önemlidir. Dielektrik davranı ın incelenmesi
sırasında kar ıla tı ımız dielektrik sabiti, frekansa ba lı oldu u ve
yüksek frekanslarda dielektrik kayıplar da i in içine girdi i için, önce
statik de denilen alçak frekans dielektrik sabitini incelemek gerekir.
28
ekil 3.5 Dispersiyon e risi (Symth, 1955)
3.2 Statik Elektrik Alanda Dielektrikler
Gauss teoremine göre,
T
yüzeyce yük yo unlu una sahip iki paralel
levhadan olu an bo bir kondansatörde, levhalara dik olarak ortaya çıkan
Eo elektrik alanı,
E0 =
dır. Burada
0
σT
ε0
(3.5)
, bo lu un veya havanın permitivitesidir. Kondansatöre
bir dielektrik yerle tirildikten sonra yukarıda sözü edilen kutuplanma
olaylarının meydana gelmesi sonucunda elektrik alanda bir azalma
gözlenir. Elektrik alan,
29
E=
σT − σ P
ε0
(3.6)
de erine dü er ( ekil 3.6).
ekil 3.6 (a) Bo ve (b) dielektrikli kondansatör (Moulson and Herbert, 1993).
ekil 3.6a ve ekil3.6b de aynı voltaj uygulandı ı için, Eo elektrik
alanı de i meden aynı kalır. Fakat (b) de dielektri in yüzeyi üzerinde
ortaya çıkan σp polarizasyon yük yo unlu u, levhalar tarafından ta ınan
toplam yük yo unlu u
T
nin bir kısmını dengeler. Bu yüzden E elektrik
alanına sebep olan etkin yük yo unlu u
T
- σp gibi bir de ere azalır.
Böylece toplam elektrik alan (3.6) e itli i ile verilir.
Arada dielektrik madde varken kondansatör plaklarındaki
T
toplam
yük yo unlu u dielektrik deplasman vektörünün büyüklü üne e ittir.
D=
T
(3.7)
30
e itli i kullanılarak deplasman,
D=
0E
+P
(3.8)
olur.
Kutuplanma, maddeye uygulanan elektrik alanla orantılıdır. Orantı
katsayısı (χe) boyutsuzdur ve elektrik suseptibilite olarak tanımlanır.
Buna göre kutuplanma için,
P = χe
0
E
(3.9)
yazılır. Son iki denklemden
D=
0E
+ χe
0E
= (1 + χe)
0E
(3.10)
çıkarılır. (3.7) e itli i dikkate alınarak,
qT
V
= σT = D = (1 + χ e )ε 0
A
d
(3.11)
yazılır. Burada qT kondansatör levhaları üzerindeki toplam yüktür. Bu
yüzden kapasite
C=
qT
A
= (1 + χe )ε 0
V
d
(3.12)
e itli i ile verilir. Havanın süseptibilitesi sıfır oldu undan, paralel levhalı
bo bir kondansatörün kapasitesi için,
C0 = ε 0
A
d
(3.13)
31
e itli i elde edilir. E er levhalar arasındaki bo luk süseptibilitesi χe olan
bir dielektrik ile doldurulursa, sistemin kapasitesi (1+χe) kadar artar.
Levhaları arasında dielektrik olan bir kondansatörün kapasitesi
C =ε
olur. Burada,
A
d
= (1+
(3.14)
χe
)
0
maddenin dielektrik permitivitesidir.
Permitivitelerin oranı, maddenin dielektrik sabiti olarak da isimlendirilen
maddenin ba ıl dielektrik permitivitesi olarak tanımlanır ve
r
ile
gösterilir. Bu tanıma göre ba ıl dielektrik permitivite için
ε
= 1 + χe = ε r
ε0
(3.15)
e itli i yazılır. Buna göre, maddenin dielektrik özelliklerini belirleyen
dielektrik sabiti, dielektrikli kondansatörün kapasite de erini bo
kondansatörün kapasitesine bölerek deneysel olarak tayin edilebilir.
3.3 Alternatif Alanda Dielektrikler
Ço unlukla uygulanan elektrik alanlar zamanla sinüsoidal olarak
de i en alternatif alanlardır. (3.15) e itli i ile verilen dielektrik sabiti
statik alan için veya de i en elektrik alanların radyo frekansı bölgesine
kar ılık gelen alçak frekanslar için, sabit bir de ere sahip olan maddenin
elektriksel bir özelli idir. Dielektri e yüksek frekanslarda alternatif alan
32
uygulandı ında alanın frekansına uygun olarak dielektrik madde
moleküllerinin yönelmeye çalı ması sırasında dipol kutuplanmasında
gözlenebilir bir gecikme ortaya çıkmakta ve bu relaksasyon olayı
sonucunda enerjinin bir kısmı ortamda ısı
eklinde da ılmaktadır.
Dielektrikli kondansatörde ortaya çıkan ısı eklinde kayıplardan dolayı
dielektrik sabiti azalır. Azalan bu miktar kompleks dielektrik sabiti adını
alır. Buna göre;
ε*r = ε 'r − iε'r'
(3.16)
yazılır. Burada ε'r dielektrik sabitinin gerçek kısmı , iε 'r' dielektrik kayıp
de eridir.
Levhaları arası bo
iken kapasitesi Co olan paralel levhalı bir
kondansatörün levhaları arasına bir dielektrik madde yerle tirildikten
sonra V alternatif gerilimi uygulanırsa ( ekil 3.7) kapasitesi,
C = ε*r C0
(3.17)
olur.
ekil 3.7 deal kondansatöre uygulanan sinüsoidal gerilim (Moulson and Herbert, 1993)
33
Anlık yükün
q=CV
(3.18)
oldu u göz önüne alınırsa (3.17) e itli i
q = ε*r C0 V
(3.19)
eklini alır. Bu e itlikte V yerine Vo exp(iwt) konulursa
q=
r * Co
Vo exp (iwt)
elde edilir. Akım iddeti için I =
I=
dq
oldu u göz önüne alınırsa
dt
dq
= i ε r * Co w Vo exp (iwt)
dt
yazılır. Bu e itlikte
r*
(3.20)
(3.21)
yerine (3.16) e itli inde ki de eri konursa
I = i ε r * Co w V =i ε 'r Co w V + ε'r'Co w V
= Yük akımı + kayıp akımı
e itli i yazılır. Bu ifade akım iddetinin yük ve kayıp akım
bile enlerini gösterir.Bu durum ekil 3.8dedir
(3.22)
34
ekil 3.8 Kayıplı bir dielektri in yük voltaj diyagramı (Moulson and Herbert, 1993).
ekilden görüldü ü gibi uygulanan alan ile geçen akım arasındaki ϕ faz
açısının tamamlayıcısı olan δ, kayıp açısı ve kayıp akımın yük akımına
oranı, kayıp tanjantı adını alır ve
ε ''
tan = '
ε
eklinde verilir. Kayıp faktörü olarak da adlandırılan
(3.23)
ve tan δ
dielektrik maddeler için önemli birer büyüklüktür. Kayıp akımı ve kayıp
tanjantının küçük olması maddenin kalitesini arttırır, tan δ nın tersi
Q=
1
tan
kalite faktörü adını alır.
(3.24)
35
4. ELEKTROSERAMiKLER
Elektroseramikler belirli elektriksel, elektromanyetik veya optik
özellikler için üretilmi
seramik maddelerdir. Yalıtkan, ferroelektrik
materyaller, yüksek iletken seramikler, elektrodlar ve sensörlerin
yapımında elektroseramiklerin özelliklerinden faydalanılır.
Elektroseramikler,
dielektrik
seramikler,
ferrit
seramikler,
piezoelektrik seramikler ve mikrodalga seramikleri içerir.
Dielektrik seramiklerin ba lıca uygulamaları arasında rezistanslar,
yalıtkanlar ve kapasitörler yer alır. Dielektrik seramikler, daha üstün
elektrik özellikleri (dielektrik sabiti ve dayanıklılı ı), dü ük ve yüksek
sıcaklıklarda
bozulmaya
veya
deformasyona
u ramaması,
oda
sıcaklı ında veya daha yüksek sıcaklıklarda çevresel kararlılı ı gibi
avantajları nedeniyle di er dielektrik maddelerden ayrılırlar. Dielektrik
seramikler, dielektrik sabitlerine ve kayıp tanjantlarına ba lı olarak farklı
elektriksel yalıtkan maddeleri olarak kullanılır. Yüksek dielektrik sabitli
seramikler daha fazla yük depolamaları için kapasitör olarak kullanılır.
Dü ük dielektrik sabitli seramikler devrelerde hatların karı masını
önlemek ve gürültüyü azaltmak için kullanılır. Bu gruptaki seramikler
ekonomimizde en büyük öneme sahiptirler. Üretilen seramik ürünleri
elektrik
porselenleri,
seramikleri ve sanat
kimyasal
porselenler,
yapıtları olarak
biyoseramikler,
yapı
gruplandırılabilir. Elektrik
porselenleri ise; alçak ve yüksek gerilim elektrik yalıtkanları, alçak ve
yüksek frekans yalıtkanları ve yüksek sıcaklık porselenleri olarak
gruplandırılabilir.
36
4.1 Alçak ve Yüksek Gerilim Elektrik Yalıtkanları
Geleneksel
elektrik
porselenleri
alçak
ve
yüksek
gerilim
yalıtkanlarında kullanılırlar. Elektrik enerjisi naklinde enerji kaybının
minimum olması için yüksek voltaj kullanılması gerekir. Bu sırada
kullanılan yalıtkanların özelliklerinin de çok iyi olması gerekir. Yüksek
gerilim elektrik yalıtkanları iletim hatlarında destek elemanları olarak
kullanılırlar.
Yüksek gerilim porselen endüstrisi 20.yy ba larında ba lamı ve enerji
üretimine paralel olarak bu endüstri dalına olan ihtiyaç da gün geçtikçe
artmı tır.
Ancak,
yüksek gerilim porselenlerinin üretimi pahalıdır. Bu
porselenlerin bile iminde kullanılan hammaddeler kaolin, zeolit, talk,
feldispat, kuvars, alümina ve kil karı ımlarıdır.
Yüksek gerilim porselenleri 500 volttan daha yüksek voltajlı
devrelerde kullanılırlar. Bu malzemelerin yüksek dielektrik dirençlerini
koruyabilmeleri
için
gözenekliliklerinin
sıfıra
yakın
yani
su
adsorpsiyonları % 0,1 den daha az olması gerekir.
Yüksek gerilim yalıtkanlarında, yüksek elektrik direnç, yüksek
dielektrik dayanıklılık ve dü ük dielektrik sabiti gereklidir. Yüksek
gerilim porselenlerinin dielektrik sabiti 6-7 arasındadır.
Elektrik dü mesi, duy, sigorta gibi elemanlar alçak gerilim
porselenleridir. Bu malzemeler 60 Hz '
de 500 voltun altındaki
potansiyellerde kullanılır (Von Hippel. A.R.,1953).
Alçak gerilim yalıtkanlarının üretiminde hem geleneksel hem de
modern
seramikler kullanılır. Alçak ge ri l i m yalıtkanlarının en hızlı
37
geli en yüksek teknoloji uygulamaları arasında, bilgisayar destek
elemanlarının mikro elektronik üniteleri yer alır. Bu uygulamalarda
dielektrik sabitinin küçük olması (kayıpları ve yüksek frekans alanlarında
ısınmayı azaltmak için) ve di er bilgisayar parçalarıyla, seramik
yalıtkanın termal genle mesinin birbirine uyması açısından önemlidir.
Bilgisayarların içine giderek artan sayıda transistörler yerle tirildi inden,
bunların içindeki sıcaklık kontrolü güçle mektedir. Örne in, Pentium II
için bu sıcaklık ~100 0C ye ula ır. Bu nedenle ısı da ılımının önemi
büyüktür ve yüksek termal iletkenli ine sahip seramikler aranır. Alçak
gerilim porselenlerinin dielektrik sabitleri de 6-7 arasında yer almaktadır.
4.2 Alçak ve Yüksek Frekans Yalıtkanları
Bir seramik malzemenin yüksek frekanslarda kullanımı için
seçilmesinde u özellikler göz önüne alınmalıdır: dü ük dielektrik kayıp,
yüksek dielektrik mukavemet ve tüm i lem ko ullarında yüksek direnç.
Güç kaybı büyük olan seramiklerin bu alanda kullanılamayaca ı
anla ılmı tır. Bu güçlü ü ortadan kaldırmak için, güç kaybının artmasına
neden olan alkali iyonların ham maddelerden uzakla tırılması i lemleri
geli tirilmi , do al yada yapay steatitlerin büyük bir ba arı ile
kullanılabilece i ortaya çıkmı tır.
Do ru akım veya alçak frekans akımlarında termal oka kar ı yeterli
direncin sa lanması için, yalıtkanların yüksek dirence, dü ük genle me
katsayısına ve iyi termal dayanıklılı a sahip olması gereklidir. Bu
38
yalıtkanlar özellikle, iletim sistemlerinde, elektrik dü mesi, buji ve
elektrik fırın rezistanslarında kullanılırlar.
Seramikler en çok yüksek frekans yalıtkanları olarak kullanılırlar.
Yüksek frekans yalıtkanlarının oldukça dü ük dielektrik sabitine ve
kayıplara sahip olması istenir.
4.3 Yüksek Sıcaklık Porselenleri
Yalıtkanlar ve elektrikli ısıtıcı elemanlarının veya direnç tellerinin
dayandı ı ve destek elemanı seramiklerin seçiminde ilk dikkate alınan
ey mekanik
yük
altında deformasyona u ramamaları,
çalı ma
sıcaklı ında yüksek yalıtım direnci ve termal oka dayanıklıklarıdır.
Alı ılmı alçak /yüksek gerilim porselenleri tatmin edici de ildir. Çünkü,
camsı bir faz ihtiva ederler.
Bu da yalıtkanın deforme olmasına ve
yüksek sıcaklıklarda dü ük yalıtım direnci göstermesine neden olur. Az
veya çok gözenekli seramikler, az miktarda veya hiç camsı faz
bulundurmadıkları için dü ük termal genle me katsayısı ve iyi ısı
iletkenleri malzemeler olarak tercih edilirler. Çünkü bunların ısı ve ok
karakteristikleri üstündür. Bu gruptaki üstün özellikler ta ıyan seramik
ço unlukla kristal fazda olan kordierit (Mg2 Al2 Si5 O15 )'
dir. Kordierit
kristalleri, alüminyum silikat ve magnezyum silikat karı ı seramik
kompozisyonlarının pi irilmesi sırasında olu urlar. Zeolit seramikleri ise
yüksek sıcaklıklardaki yüksek yalıtkan dirençleri nedeniyle sık sık
kullanılırlar.
39
5. ÇALI MADA YARARLANILAN MALZEME
KARAKTERIZASYON YÖNTEMLER
5 1. Tane Boyutu Analizi
Katı örneklerin parçacık boyutunu azaltmak için, belirli miktarda
kırma ve ö ütme gerekir. Bu i lemler, numunenin bile imini kolaylıkla
de i tirebildi i için tanecik boyutu gerekli alandan daha fazla
küçültülmemelidir.
Ö ütme i leminde olu an ısı,uçucu bile enlerin kaybına sebep olabilir.
Ayrıca ö ütme katının yüzey alanını artırır ve böylece onun atmosferle
reaksiyona girme olasılı ı artar. Örne in bir kayanın ö ütme i lemi
sırasında
demir
içeri inin,
+3
yükseltgenme
basama ına
yükseltgenmesinden dolayı %40 oranında azaldı ı görülür.
Bir
örne in
su
içeri i
genellikle
örnek
tanecik
boyutunun
küçülmesiyle artar. Bunun nedeni ise artan yüzey alanının suyun daha
fazla adsorplanmasına sebep olmasıdır.
Kırma ve ö ütme sırasında ö ütücü yüzeyin mekanik olarak eskimesi
ve a ınması sebebiyle ciddi kirlilik problemleri ortaya çıkabilir.
Büyük topraklar içeren çok miktardaki örnekler için çeneli kırıcılar ve
disk pülverizatörleri, orta büyüklükteki örnekler ve taneler için bilyalı
de irmenler ve az miktarda maddeler için çe itli havan tipleri dahil çok
çe itli aletler katıların tanecik boyutunu azaltmak için kullanılır. (Skoog
and friends, 1996)
40
Tane boyutunun belirlenmesinde, elek analizleri kullanımları yanında
sedimantasyon analizleri de uygulanarak 25
m ‘ den daha küçük
tanecikleri belirlemek mümkün olabilir. Çok ince boyuttaki tanelerin
boyut analizleri, andreasen pipet gibi basit yöntemlerle veya sedigraf gibi
modern cihazlarla yapılabilir. (ÇEL K ve SABAH, 1998)
5.2. Asit ve Isıl Aktivasyonu
Asit ile aktivasyon örneklerin ısıl kararlılı ını arttırdı ı için önemlidir.
Asit aktivasyonu ile örne in yüzey alanını arttırma i lemi, bu tür
mineralleri arıtma i lemidir. Örneklere yüksek asitlik derecelerinde
aktivasyon i lemleri uygulamak gerekir. Örne in yapısı bozulabilir,
örne in asit aktivasyon deneylerinde daha çok hidroklorik asit (HCI)
veya nikrit asit (HNO3 ) kullanılır.
Isıl aktivasyon ise örne in içerdi i fiziksel olarak adsorplanmı yüzey
suyunun ve zeolitik
suyun ısıl i lem uygulandı ında de i ik ısıl
davranı lar göstererek yapıyı terk etmesi olayıdır. Bu çalı mada, zeolitin
kanal yüzeylerinde adsorplanmı suyun yapıdan uzakla ması bakımından
100 0C - 120 0C gibi sıcaklıklarda ısıl aktivasyon i lemi uygulanmı tır.
Çok yüksek sıcaklıklardaki ısıl aktivasyon, zeolitik suyun yapıyı terk
etmesine ve
yapının
çökmesine neden
olaca ı
için
çalı mada
kullanılmamı tır. Isıl aktivasyon deneyleri, istenilen miktarda örne in
istenilen sıcaklık aralı ında fırın içerisinde duruma göre belli bir süre
tutulması ile gerçekle tirilir. Daha sonra örnekler desikatör içerisinde
so umaya bırakılır. Numuneye önce asit aktivasyon daha sonra da ısıl
aktivasyon uygulanır.
41
5.3. Yo unluk Ölçümleri
Kütlenin hacme oranına yo unluk adı verilir ve E . 5.1 ile gösterilir.
d=
m
V
(5–1)
Burada d, yo unlu u m, kütleyi ve V ise hacmi gösterir
Genel olarak minerallerin yo unlukları kristalin, maddeyi olu turan
atom veya iyonlarının
atom a ırlı ına , örneklerin türüne, üretim
yerindeki nem oranına ba lıdır. Ayrıca iyon yarıçapları da önemli rol
oynar. yon yarıçaplarının büyümeleri, yo unlu un küçülmesine neden
olur.
Örne in
elementel
sodyumun
yo unlu u
elementel
potasyumunkinden 1,7 defa daha büyüktür. NaCl ‘ün yo unlu u, KCl '
ün yo unlu undan daha büyüktür. Bunun nedeni, K+ un iyon yarıçapının
Na+'nın iyon yarıçapından daha büyük olmasıdır. Katyon de erli inin
artması, katyon yarıçapının küçülmesine ve yo unlu unun artmasına
neden olur . Bu çalı mada, minerallerin yo unlukları piknometre adı
verilen bir araç yardımıyla belirlenmi tir (DANIEL, H., 1982). Do al
klinoptilolitin yo unlu u 2,005 g.cm–3 olarak hesaplanmı tır.
42
5.4 X-I INLARI SPEKTROSKOP S
5.4.1 Temel kavramlar
Dalgaboyları 0.01 nm - 10 nm arasında de i en X-I ınları, W.C.
Röntgen tarafından bo alım tüpleri ile çalı maları sırasında bulunmu ve
özellikleri henüz bilinmedi i için X-I ınları olarak adlandırılmı tır. XI ınları, atomdaki iç kabuklarda olu turulan bo lu a, dı
kabuk
elektronunun geçi i sırasında yayılır. Dı kabuk elektronu, iç kabuktaki
bo lu un olu turulmasından 10-12 - 10-14 saniye sonra bu bo lu u
doldurur ve bu sırada yayılan ı ımanın enerjisi, iki kabuk arasındaki
enerji farkına e it olur. ç kabuktaki elektron bo lu u çe itli yollarla
olu turulabilir. Atom, yeterli enerjiye sahip taneciklerle bombardıman
edilirse, bir iç kabuk elektronu atomdan uzakla tırılabilir ve böylece iç
kabuk bo lu u olan bir iyon olu ur. Bu amaçla kullanılan tanecikler,
genellikle elektronlar, protonlar veya alfa tanecikleridir. ç kabuktaki
elektronunu atomdan uzakla tırmanın ikinci yolu, atomun yüksek enerjili
X-I ınları
ile
etkile tirilmesidir.
Son
olarak,
sadece
radyoaktif
elementlerde gözlenen bir olay ile de iç kabuk bo lu u olu turulabilir. Bu
olayda çekirdek, bir iç kabuk elektronunu yakalar ve iç kabuk bo lu una
sahip ve atom numarası bir birim daha küçük olan bir ba ka element
olu ur.
X-I ınlarının kimyasal analiz amaçları ile kullanılmasının önemli bir
üstünlü ü, bunların absorpsiyonları ve emisyonları sırasında gözlenen
spektral hat sayısının çok az olu u, dolayısıyla spektrumların basit
olu udur.
43
5.4.2 X-I ınları Difraksiyonu
Elektromanyetik ı ımanın dalga özelliklerinden biri kırınımdır. Bir
ı ık demetinin çok küçük bir delikten geçerken ı ıma yolu üzerinde
gerçekle en kırınım olayına benzer ekilde, X-I ınları da bir kristalin
yüzeyinden saçıldı ında kırınıma u rar. X-I ını kırınımı için: (1) atom
tabakaları arasındaki mesafe yakla ık olarak ı ın dalgaboyu (λ) ile aynı
olmalıdır ve (2) saçılma yapan merkezler çok düzgün ve tekrarlanır bir
düzende bulunmalıdırlar.
X-I ınları demeti kristal yüzeyine θ açısı ile gönderildi inde, ı ımanın
bir kısmı yüzey atomları ile etkile erek saçılır. Saçılmayan kısım ise
kristal içine girerek ikinci tabaka atomları ile etkile ir ve yine bir kısmı
saçılırken bir kısmı üçüncü tabakaya geçer. ekil 5.1 de görülen bu olaya
X-I ınları difraksiyonu adı verilir. Kristal yüzeyine θ geli açısı ile
gönderilen ı ıma B ve E noktalarındaki atomlar tarafından saçılmaya
u ratılmaktadır.
ekil 5.1 X- I ınlarının bir kristalde kırınımı
44
ki ı ın arasındaki yol farkı = DEC - ABC = EB - FB
(5.2)
Bu iki ı ının birbirini iddetlendirmesi için, n bir tamsayıyı göstermek
ko ulu ile
EB – FB = n λ
(5.3)
olmalıdır Bu ba ıntıdaki EB ve FB kristalin paralel iki düzlemi
arasındaki mesafe (d) ve kırınım açısı (θ) cinsinden,
EB=
d
d
cos2
ve FB=
sin θ
sin θ
(5.4)
olarak hesaplanır ve yerine konursa,
d
d
d
−
cos2 =n ve
(1− cos2 )=n
sinθ sinθ
sinθ
bu e itlikte
1− cos2 =2 sin2
(5.5)
olarak alınırsa, Bragg e itli i olarak
bilinen
n =2 d sin
ba ıntısı elde edilir.
(5.6)
45
Paralel iki ı ın arasındaki yol farkı, kullanılan ı ı ın dalgaboyunun
tam katları ise bu iki ı ın birbirine katılarak birbirini iddetlendirir.
Bir kristalin yapısını aydınlatmak i çin X-I ınları Difraktometreleri
(XRD) kullanılır. Difraktometrelerin çalı ma prensibi, bir kristal üzerine
gönderilen X-ı ınlarının kırınımı açılarının ölçülmesi ilkesine dayanır.
Difraktometrelerle tayin edilen kırınım açıları (θ),(5.6) Bragg e itli inde
yerine konarak kristal düzlemleri arasındaki mesafeler hesaplanır.
X-I ınları difraksiyonunun bir kimyasal analiz yöntemi olarak
kullanılması 1912 yılında Von Laue tarafından önerilmi ve kristal
yapılardaki atomların yerle imleri ve kristal tabakaları arasındaki
uzaklı ın belirlenmesinde önemli bir yöntem haline gelmi tir. Von Laue
tarafından ke fedildikten sonra, X-I ınları kırınımı bugüne kadar endüstri
ve bilime çok önemli bilgi akı ı sa lamı tır. Örne in; kristal
malzemelerin atomlarının geometrik düzeni (örgü yapısı) ve aralarındaki
mesafe hakkındaki bilgilerin ço u do rudan kırınım çalı malarıyla tayin
edilmi tir. Ayrıca bu tür çalı malar metallerin, polimerik malzemelerin
ve di er katıların fiziksel özelliklerinin çok daha iyi anla ılmasına
katkıda bulunmu lardır.
5.4.3 XRD Verilerinin ncelenmesi
5.4.4 XRD Ölçümlerinin Alınması
Örneklerin x-ı ını kırınım desenleri, Rigaku marka RINT2000 model, Xı ınları cihazı ile gerçekle tirilmi tir. Kullanılan cihaz, voltajı 40 kV ve
46
çalı ma akımı 30 mA olan
Cu K-Alfal x- ı ınları tüpü, sintilasyon
sayıcısı, RINT 2000 geni
açılı açıölçer ve standart bir örnek
tutucusundan olu ur. Kullanılan x-ı ınlarının dalgaboyu ise 1,5418
angströmdür. X-ı ınları k ı r ı n ı m desenleri alınırken kullanılan ölçüm
ko ulları ise tarama hızı 2 derece/dakika, tarama aralı ı 0- 40 derece ve
tarama adımı 0,020 derecedir. Taramanın 0 ile 40 derece aralı ında
yapılmasının sebebi, örne in 40-90 derece tarama aralı ında amorf yapı,
0-40 derece tarama aralı ında ise kristal yapı özelli i göstermesidir.
Klinoplilolit örne i, kristal yapılıdır ve kristal sistemi de monokliniktir.
5.4.5 Monoklinik Kristal Yapının Birim Hücre Parametrelerinin Elde
Edilmesi
ekil 5.2 de basit monoklinik bir yapı görülmektedir. Burada a,b ve c
hücrenin kristallografik eksenleri adı verilen vektörlerin, kendi
uzunluklarıdır.
, ve
ise a, b ve c kenarları arasındaki açılardır. Bu
uzunluklar ve açılar birim hücrenin latis sabitleri (latis parametreleri)
adını alır. Monoklinik yapıda, eksenler birbirine e it de ildir.
açıları 900,
ve
açısı ise 900 den farklı de ere sahip olan herhangi bir
açıdır.
Bu (hkl) düzlem takımı içinde kom u iki
düzlem arasındaki dhkl
mesafesi, monoklinik yapı için u denklemle bulunur:
2
(1/dhkl
)=((h2/a2sin2 )+(k2/b2 )+12/c2sin2 )-(2hlcos /acsin2 ) (5.7)
47
Monoklinik yapının birim hücresinin V hacmi ise
V=abcsin
(5.8)
dir. (TAYLOR and ZAFERITOS, 1996)
ekil 5.2 Basit monoklinik yapı
5.4.6 Zeolitlerdeki X-I ını Kırınım Çalı maları
Kristal malzemeler için kırınım deneyleri, yapı karekterizasyonu için
en güçlü araçlardır. Geni bir uygulama alanları oldu undan dolayı, Xı ını kırınım deneyleri yapı analizleri için, nötron ve elektron kırınım
deneylerinden daha önemli ve bilgi vericidir (LINARES and friends,
2000)
Zeolit laboratuarlarında, toz kırınım verileri ekseriyetle yeni
sentezlenmi zeolitleri belirlemek ve uygulanan herhangi bir i lemin
48
etkilerini denetlemek için kullanılır. Her iki durumda da ölçülen desenler,
zeolitler için hazırlanmı olan International Centre for Diffraction Data
(ICDD) ile kar ıla tırılır. Bu kar ıla tırmalar, e er veri alma ve örnek
hazırlama ko ulları farklıysa, zeolitler için o kadar kolay de ildir. Pik
durum bilgisi, 2θ de eri yerine dhkl de erleri terimi ile verilir. Çünkü dhkl
de erleri,
kullanılan
x-ı ını
dalga
boyundan
ba ımsızdır
(CONCEPTION.and friends, 2000).
Mumpton, höylandit ve klinoptilolitin XRD çizgilerinin iddetleri
konusunda literatürde belirgin farklılıklar oldu unu ve bu farklılıkların,
örnekteki parçacıkların tercih etti i yönelmeden kaynaklandı ını ileri
sürmü tür. Bu konuda yapılan çalı malarda farklılıkların oldu u ancak
numune yönelmesinden ba ımsız oldu u görülmü tür. Bazı olası yapısal
farklılıklar, numunelerin hidrojen ve amonyum formlarında gözlenmi tir.
Zeolitler, kristal yapılı oldu u için kırınım yöntemleri özellikle de xı ını kırınım yöntemi, atomik seviye yapısal karakterizasyonu yani birim
hacimdeki atom sayılarının belirlenmesi için önemlidir.
Yapısal karakterizasyon için bilgisayar simülasyonu ise gittikçe artan
bir önem kazanmaktadır (RIVERA-GARZA and friens, 2000). X-ı ınları
cihazının aldı ı x-ı ını kırınım desen verileri, bu desenleri yorumlamak
için yazılmı olan programın yüklü oldu u bilgisayara gönderilmekte,
gönderilen bu verilerden Bragg yasası yardımıyla dhkl hesaplanmakta ve
2θ de erleri, iddetleri I/Io oranları ve dhkl de erleri pik kayna ı ba lı ı
altında verilmekledir. X-ı ınları kırınım desenini olu turan piklerin,
hangi malzemelere kar ılık geldi i, bilgisayar programının hafızasında
kayıtlı olan ASTM kartları ile bilgisayar tarafından kar ıla tırılarak
49
belirlenmekte ve sonuçlar nitel analiz ba lı ı altında verilmekledir. Bu
çalı mada kullanılan x-ı ınları cihazı da bu özelliklere sahiptir. Cihazın
hesaplayarak verdi i dhkl de erlerinden yararlanarak klinoptilolit için
hazırlanmı olan ASTM kartından hkl de erleri belirlenir ve monoklinik
yapı çin E .(5-7) kullanılarak a,b ve c kenarları ve
Klinoptilolitin
birim
hücre
bile enleri,
açısı hesaplanır.
x-ı ınları
kullanılarak
belirlenebilir. Bu belirlemeler sonucunda Klinoplilolit yapısında Si, Al,
Fe, Mg, Ca, Na ve K atomlarının bulunabilece i görülmü tür ve Si/Al
oranı 4,1 ile 4,9 olarak bulunmu tur.
Küba' nın orta kesiminde yer ulan Villa Clara' da ki
yataklarından sa lanarak, safla tırılan do al klinoptilolitin
Tasajeras
XRD
incelenmesi sonucunda %66 höylandit-klinoptilolit, 4 mordenit, %10
quartz, %16 anortit, %3 magnezyum alimino silikat içerdi i görülmü tür.
5.4.7. Birim Hücre Parametrelerinin Belirlenmesi
ekil 5.3 de do al klinoptilolitin XRD spektrumu görülmektedir. Bu
spektruma ait olan, 2θ, dhkl ve I/Io ba ıl iddeti gibi bazı pik de erleri,
çizelge 5.1 de ve çizelge 5.2 de verilmi tir.
Örneklerin birim hücre hacimlerindeki farklılıklarının yorumlarının
kimyasal analiz sonuçlarından hareketle hesaplanan iyon de i im
yüzdelerinin
bulunmasından
sonra
yapılması
yerinde
olacaktır.
Çizelge 5.3 de ise yalnızca örneklerin birim hücre parametreleri ve birim
hücre hacim de erleri verilmektedir.
50
Çizelge 5.1 Do al klinoptilolitin XRD spektrumundaki bazı piklerin de erleri
Pik
2 (derece)
d hkl
hkl
I / I0
(angström)
Numarası
25
22,46
3,9553
400
100
26
22,74
3,9072
240
60
2
11,18
7,9077
200
54
34
26,02
3,4216
2 2 -2
41
45
30,20
2,9742
151
41
Çizelge5.2Klinoptilolitin Na formunun XRD spektrumundaki bazı piklerin de erleri
Pik
2 (derece)
Numarası
dhkl
hkl
I / I0
(angström)
2
9,860
8,9632
020
100
12
22,480
3,9518
400
52
13
22,780
3,9004
240
32
3
11,180
7,9077
200
24
26
30,120
2,9646
151
24
17
26,040
3,4190
2 2 -2
18
22
28,160
3,1663
4 2 -2
16
8
17,340
5,1099
111
14
51
Çizelge 5.3 Klinoptilolitin numunelerin birim hücre paremetreleri, hacimleri ve ac
düzlemleri
Numune Adı
a(Å)
b(Å)
c(Å)
β
(derece)
Ac
V(Å) 3
Düzlemi
(Å) 2
Do al klinoptilolit
17,748
17,975
7,406
116,95
2106,08
131,4417
Na- klinoptilolit
23,004
17,926
8,365
136,595
2370,308
192,4377
Ca- klinoptilolit
18,071
17,963
7,498
117,503
2158,856
135,4926
Li- klinoptilolit
17,628
17,926
7,393
116,064
2098,603
130,323
Cd- klinoptilolit
17,797
17,999
7,406
116,96
2114,531
131,8
Cu- klinoptilolit
16,027
17,999
6,628
98,879
1917,568
107,8332
K- klinoptilolit
17,752
17,999
6,990
116,775
1993,97
124,0826
Pb- klinoptilolit
17,959
17,927
7,468
117,143
2139,543
134,1222
NH4 klinoptilolit
17,645
17,926
7,399
116,189
2100,084
130,571
Klinoptiloliti olu turan dört, be , altı halkalı dörtyüzlü katmanlar ac
düzlemi üzerinde bulunup birbirlerine oksijen köprüleriyle ba lanırlar.
Her bir örnek için bulunan birim hücre parametreleri, birim hücre
hacimleri ve ac düzlem de erlerinin belirlenmesinde ayrıca yardımcı
olmaktadır.Her bir numunenin ac düzlemi ile V birim hücre hacmi
kar ıla tırıldı ında birim hücre hacminin yükselmesiyle birlikle ac
düzlemi de Å
2
cinsinden büyümektedir. Hazırlanan formlarda yapıya
giren atomların yapının özelli ini pek bozmadan yapıya girdikleri
görülür. Bu durum Tevfik Ünaldı tarafından yapılan çalı ma ile
uyumludur.(ÜNALDI T., 1995)
52
ekil 5.3 Do al Klinoptilolitin XRD Spektrumu
53
ekil 5.4 Sentetik Zeolit 13X ‘in XRD Spektrumu
Sentetik zeolit örneklerle, do al zeolitlerin yapısal özelliklerinin
kar ıla tırılması için sentetik zeolit örne e ait XRD spektrum e risi
ekil 5.4 de verilmektedir( K Z, R.,1999). Bu spektrum 150 0C de
vakumda 24 saat ısıtılarak nemi alınmı
örne in karakteristik dhkl
sabitlerinin, ASTM (1972) listelerinde Tablo 11–590 da verilen de erleri
ile uyu tu unu göstermektedir.
54
6. ZEOL TLER N D ELEKTR K ÖZELL KLER N N
NCELENMES
6.1. Materyal ve Metod
Bu çalı mamızda do al klinoptilolit ve sentetik zeolitin 63 µm
çapından daha küçük olan toz formları kullanılmı tır. Örneklerden her
seferinde 5 gram numune alındı ve 3 cm çaplı çelik disk içinde ~10
tonluk bir kuvvet altında silindirik pelletler hazırlandı. Ölçüden önce
zeolit pelletlerin her biri ayrı ayrı, oda sıcaklı ında (20 oC) , 100 oC ve
150 oC ‘lik sıcaklıklarda hava ortamında ~21 saat pi irildi. Hazırlanan
pelletler TF 1245 Q - metre ölçüm cihazının (Circuit Magnification
Meter, Marconi Instruments) bünyesinde kondansatör levhaları arasına
yerle tirildi. Zeolitlerin
dielektrik sabiti ve tan
kayıp tanjantı
de erleri Q – metre ölçüm cihazına ba lı TF 1246 osilatörü kullanılarak
30 kHz ile 50 MHz frekans aralı ında, de i ik frekans de erleri için
ölçüldü. Ölçümler en az iki kez tekrarlandı. Do al ve sentetik zeolitin
,
ve tan
de erlerinin frekans ve pi irme sıcaklı ı ile nasıl de i ti i
incelendi.
6.2 Zeolitlerin Dielektrik Özellikleri
Zeolitler, dielektrik malzemelerdir. Dielektrik malzemelerde de bir
elektriksel iletkenlik söz konusudur. Fakat bu elektriksel iletkenlik metal
ve yarı iletkenlerde görülen elektriksel iletkenlikten farklıdır. Elektriksel
55
iletim ele alınan maddedeki yük ta ıyıcıların do asına ba lı olarak çe itli
farklılıklar gösterir. Elektriksel iletimin temel türleri elektronlar yolu ile
iletim ( metalik
letim) , iyonlar yolu ile iletim( iyonik iletim),
moliiyonik iletim ( elektroforotik letim) ve birle ik iletimdir. Moliiyonik
ve iyonik iletimde kütle transferi söz konusudur. Metalik iletimde ise
akım ne kadar arttırılırsa arttırılsın kütle ta ınması söz konusu de ildir.
Elektronlar yoluyla iletimde kütle artı ı olmaz.
letken ve yarı
iletkenlerde bu tip elektriksel iletkenlik gözlenir. Yalıtkan malzemelerde
moliiyonik ve/veya iyonik iletim söz konusudur. Kolloidal sistemlerde
görülen moliiyonik iletimde ta ıyıcılar moliyon adı verilen, yüklü
molekül gruplarıdır. Kolloidal sisteme elektrik alan uygulandı ında,
moliyonları harekete geçer, yani elektroforez adı verilen olay meydana
gelir. yonik iletimde ise ta ıcıyılar, iyonlar yani pozitif veya negatif yük
ta ıyan atom veya atom gruplarıdır. yonik iletkenlik, kristal yapılı
dielektriklerde ve amorf yapılı olan seramiklerde de gözlenir. Birle ik
iletim ise aynı anda birden fazla iletimin meydana geldi i durumdur.
(SMITH, W.F.,1990)
Zeolitlerde görülen elektriksel iletim, zeolit yapıdaki katyonların
göçünden
ortaya
çıkan
iyonik
iletimdir(ABDOULAYE
and
friends,2000). Zeolitlerin yapılarında hareketli olan katyonlar vardır. Bu
katyonlar, bo luk içindeki bölgelerde, kanal çeperlerinde ve serbest
olarak su molekülleri ile birlikte bulunabilir (SZASZ and LISZI, 1991).
Elektriksel iletkenlik, zeolit yapıdaki kanalların ve katyonların çapına
ba lıdır.
letkenlik katyon yarıçapının büyümesi ile azalır. S.R.
Shannigrahi ve arkada ları tarafından yapılan bir çalı mada ba ıl
56
dielektrik sabitinin de erinin, katyonların konumlarındaki yapısal
düzensizlik ve iyon yarıçaplarının de i mesi ile de i ti i sonucuna
varılmı tır. Aynı çalı mada, zeolite K+
katkılandı ı zaman ba ıl
dielektrik sabiti de erinin arttı ı görülür (SHANNIGRAHI and
CHOUDHARY, 2000).
Dü ük sıcaklıklarda (<350 oC ) iletim iskelet yapıya yerle mi olan
katyonlara ba lıdır. Zeolit X ve Y ‘ nin tek de erlikli katyonik
formlarında (Li+, K+, Na+, Rb+, vb.) iletkenlik daha büyük de erdedir.
Nedeni zeolit yapıya bu katyonların gev ek ba lı olmasıdır. Ayrıca polar
olmayan moleküllerden N2 , zeolit NaX ‘ e adsorplanarak, zeolitin
elektriksel iletkenli i incelenirse elektriksel iletkenli inin azaldı ı
görülür. Bunun nedeni azot moleküllerinin, çok daha güçlü
ekilde
yapıya ba lanmasıdır.
M.Kessle ve J.C. Mougenel tarafından yapılan bir çalı mada ise
ofredit, eriyonit ve zeolit T ‘nin, iyon de i imi ile potasyum formları elde
edilmi
ve elektriksel iletimi incelenmi tir. Elektriksel iletkenlikte,
eriyonit ve ofreditin gözenek çapının ve kanal sisteminin etkili
oldu unun sonucuna ula ılmı tır (KESLER and MOUGENEL,1991).
R.A. Schooheydt tarafından yapılan bir çalı mada ise susuz zeolit X ve
Y ‘deki iyonik iletimin süper kafes katyonlarına ba lı oldu u sonucu elde
edilmi tir. Bu çalı mada iyon de i imi ile Na+ iyonunun yapıdan uzakla tı ı
ve yerine La+3 ‘iyonunun girdi i görülmü tür. letkenlik incelendi inde,
elektriksel iletimin iyonik iletim oldu u iletkenli in de i ti i ve iletkenli in
yapıdaki de i ebilir ve kısmen de süperkafesteki iyonların hareketine ba lı
oldu u sonucuna ula ılmı tır (SCHOONHEYDT, R.A.,1980).
57
Abdoulaye ve arkada ları tarafından yapılan fojasitin dielektrik
özellikleri isimli ba ka bir ara tırmada ise, iletkenli in yapıdaki gev ek
ba lı katyonların hareketinden kaynaklandı ı, iletimini iyonik oldu u ve
dielektrik özelliklerinin adsorplanmı
suyun miktarına oldukça ba lı
oldu u görülmü tür. Hidratlı zeolitlerde iki relaksasyonun ortaya çıkması
de i ebilir katyonlara, su moleküllerine ve Maxwell – Wagner etkisine
atfedilir.
Di er iyonik kristal katılar ile kar ıla tırıldı ında zeolitler yüksek
elektriksel iletkenli e sahiptir. Bu iletkenlik de i ebilir katyonların
hareketlili inden kaynaklanır. letkenlikleri iyonik karakterdedir. Bütün
uygulama sıcaklıklarında zeolit NaX in zeolit NaY den daha iletken
oldu u görülür. Bunun sebebi zeolit NaX in zeolit NaY den daha fazla
Na+ iyonu içermesidir (61 ‘e kar ın 81 de i ebilir katyon).
Si/Al oranı arttı ı zaman, birim hacim ba ına dü en negatif yüklerin
sayısında bir azalma olu ur ve negatif yükler arasındaki uzaklık daha
büyük olur. ki relaksasyon, aynı türlerden kaynaklanmaz. M(3) bölgesi
katyonları yüksek frekansta görülen relaksasyona ve M(2) bölgesi
katyonları ise dü ük frekansta görülen relaksasyona neden oldu u kabul
edilir.
T. Ohgushi ve S. Kataoka tarafından NaZSM – 5 zeolitinin dielektrik
özellikleri incelenir. Bu çalı mada tan
‘nın frekansa ba lı grafi i
çizdirilince iki kayıp pikinin ortaya çıktı ı görülür. Bu kayıp piklerinin
Na+
katyonundan ve absorbsiyon suyundan kaynaklandı ı
eklinde
yorumlanır. Zeolitlerdeki de i ebilir katyonlar, çatı iyonlarından daha
58
zayıf ba la ba lıdır. Bu nedenle daha hareketlidir. Hareketli olan iyon
çok az dielektrik sinyale katkıda bulunur. De i ebilir katyonların çatıdaki
iyonlara göre dielektrik sinyaller bakımından daha etkili oldu u görülür.
Ba ka bir deyi le, çok zayıf ba lı katyonlar güçlü ba lı olanlardan daha
çok iletime katkıda bulunur. M(1) bölgesi, M(2) bölgesinden daha zayıf
ba lıdır. Polar moleküller, zeolitlerde katyonlar üzerinde güçlü ve büyük
dielektrik etkiye sahiptir. Bu etki katyonların zeolit içindeki konumlarına
da ba lıdır(ROQUE and friends, 1990).
R.Raque Malherbe ve M. Hernandez Velez tarafından yapılan
çalı mada susuzla tırılmı
Na –höylandit, Ca - höylandit ve Na-
mordenitin dielektrik özellikleri incelenmi tir. Bu çalı ma sonucunda
farklı yapısal bölgeler arasındaki katyonik göçün iletkenli e neden
oldu u görülmü tür.
S.R. Shannıgrahi ve arkada ları tarafından yapılan bir çalı mada ba ıl
dielektrik sabitinin de erinin de i mesinin nedenleri katyonların
yerle me sırasındaki yapısal düzensizli i ve iyonik yarıçaplarının de i ik
olması
eklinde sıralanmı tır. Bu çalı mada zeolite, K+ katkılandı ı
zaman ba ıl dielektrik sabiti de erinin arttı ı görülür.
M.B. Sayed tarafından yapılan bir çalı mada ac iletkenlik a a ıdaki
ekilde ifade edilir(SAYED, M.B.,1992).
ac =
2
f
(6–1)
59
6.3 Dielektrik Ölçüm Sonuçları
Do al ve Sentetik Zeolit Örneklerin, ba ıl dielektrik sabitlerinin ( ),
kayıp tanjantlarının (tanδ) ve dielektrik kayıplarının ( ) oda sıcaklı ı ile
150 oC sıcaklık aralı ında ve 0,3–42 MHz frekans aralı ındaki,frekansa
ba lı de i imleri incelendi.De erler Çizelge 6.1 ve Çizelge 6.2 de Do al
klinoptilolit ve Çizelge 6.3 de Sentetik zeolit için verilmi tir. Bu sonuçlar
a a ıdaki gibi yorumlanmı tır.
6.3.1 Do al Klinoptilolit
Do al klinoptilolitin ba ıl dielektrik sabitinin ( ) frekans ile de i imi
çe itli sıcaklıklarda incelendi i zaman ( ekil 6.1) yapılacak ilk tespit,
nun oda sıcaklı ı civarında ve 8,3 MHz de 6,43 gibi bir de er aldı ıdır
ki, bu sonuç (Van Hippel, 1953) in genel de erlendirmesindeki 6–7 de er
ile uyumlu olu u gibi ( zci, E., 2001) in ölçüm sonuçlarına yakla ım
göstermektedir. Aradaki %20 lik farkın örneklerin ölçüye hazırlanması
kullanılan
yöntemden,
tabletlerin
hazırlanmasında
ba layıcı
kullanılmamasından ileri geldi i dü ünülmektedir (ZIPKIN,H.,2004)
60
ekil 6.1 Do al Klinoptilolitin
ekil 6.2 Do al Klinoptilolitin
de erlerinin frekansla ve sıcaklıkla de i imi
de erlerinin frekansla de i imi
61
ekil 6.3 Do al Klinoptilolitin tanδ de erlerinin frekansla de i imi
ekil 6.1 ile Çizelge 6.1 ve 6.2 incelendi i zaman, Örne in sıcaklı ı
farklı olsa bile, geni frekans aralı ında (0,3–42 MHz) artan frekans ile
de erlerinin büyük bir azalma gösterdi i görülmektedir. Ancak
de i imin, Örne in sıcaklı ı arttıkça daha dar bir
deki bu
aralı ında oldu u
tespit edilmi tir. Ayrıca belli bir frekans de erinde (15.5 MHz)
nün
de eri gözlendi inde oda sıcaklı ında 5.74,100 oC de 4, 25 ve 150 oC de
4,00 oldu u görülür ki
sıcaklık arttıkça dü mektedir. Ba ıl dielektrik
sabiti ( ) nün de i iminin bu ekilde olması, do al klinoptilolitin polar
yapıda
oldu unu
gözeneklerdeki
yorumlanabilir.
göstermesinin
serbest
suyun
yanında,
azaldı ının
sıcaklık
bir
yükseldikçe
sonucu
olarak
62
Do al klinoptilolitin kayıp tanjantının (tanδ) frekans ile de i imi,
çe itli sıcaklıklarda incelendi i zaman ( ekil 6.3) kayıp tanjantının artan
frekans ile düzgün bir ekilde dü tü ü ve bu dü ü ün alçak sıcaklıklarda
daha hızlı oldu u gözlenmi tir.
ekil 6.2 de
dielektrik kayıp
de erlerinin frekans artı ı ile olan benzer de i im göstermesini de göz
önüne alınca tanδ nın bu tür davranı göstermesinin sebebini, bu geni
frekans aralı ında ϕ faz açısının artı ına ba layabilece imiz sonucunu
çıkarabiliriz. Yüksek frekans bölgesinde ve yüksek sıcaklıkta bu kayıp
tanjantı de erinin (1,0-2,0) de erleri arasına dü tü ü gözlenmektedir. Bu
sonuç yüksek frekanslarda ve sıcaklık arttıkça kutuplanmanın azaldı ının
bir göstergesi olarak yorumlanmı tır.
6.3.2 Sentetik Zeolit
Sentetik Zeolit 3A ile yaptı ımız bu ölçümlerimizin esas amacı, bu
çalı mamızın
ana kısmını
olu turan
do al
zeolitlerin
dielektrik
davranı ları ile kar ıla tırmaktan ibarettir. Aynı metod ve aynı fiziksel
artlarda yapılan sentetik Zeolit dielektrik ölçümlerinin sonuçları
a a ıdaki gibi de erlendirilmi tir.
Sentetik zeolitin ba ıl dielektrik sabitinin ( ) frekansı ile de i imi çe itli
sıcaklıklarda incelendi inde ( ekil 6.4) ve (Çizelge 6.3) de erlerinin, do al
zeolitlere nazaran daha yüksek frekans aralı ında tespit edildi i ve literatür
verilerine göre 6-7 arasında beklenen de erinin örne in yüksek sıcaklıktaki
durumunda elde edildi i görülmektedir. Bu sonucun sentetik zeolitlerin
kristal yapılarındaki yerle ik su miktarının, ancak daha yüksek sıcaklık ve
yüksek frekanslarda de i tirebilece i eklinde yorumlanabilir.
63
ekil6.4 Sentetik Zeolitin
de erlerinin frekansla ve sıcaklıkla de i imi
ekil6.5 Sentetik Zeolitin
de erlerinin frekansla ve sıcaklıkla de i imi
64
ekil6.6 Sentetik Zeolitin tanδ de erlerinin frekansla ve sıcaklıkla de i imi
Ayrıca belli bir frekans de erinde (15,5 MHz) de eri gözlendi inde
oda sıcaklı ında 9,24, 100 oC de 7,07 ve 150 oC de 5,55 oldu u
görülürki,
do al zeolitlerdeki gibi sıcaklık arttıkça azalmaktadır. Bu
de erlerin do al zeolitlere göre daha büyük çıkmasının nedenide, sentetik
zeolitlerin daha polar yapıda ve kimyasal formülleri incelendi inde
kristal yapı içinde yerle ik suyun sentetik zeolitlerde daha fazla (27 H2O)
olmasına ba lanabilir.
Sentetik Zeolitin kayıp tanjantının frekansı ile de i imi çe itli
sıcaklıklarda incelendi i zaman ( ekil 6.6)
ve
nün de i imlerine
paralel olarak artan frekans ile kayıp tanjantının yüksek sıcaklık ve
yüksek frekanslarda daha hızlı bir dü ü gösterdi i ve bu de erlerin, bu
bölgede (2,0–3,0) de erleri arasına dü tü ü gözlenmektedir. Bu sonuç
65
yüksek frekanslarda ve sıcaklıktaki artı a ba lı olarak kutuplanmasının
do al zeolitlere nazaran daha da azaldı ının göstergesi olarak
yorumlanabilir.
66
Çizelge6.1 Do al Klinoptilolitin oda sıcaklı ındaki dielektrik ölçüm sonuçları
KL NOPT LOL T
Oda Sıcaklı ında
2. Ölçüm
1. Ölçüm
f(MH
z)
tan
f(MH
z)
3. Ölçüm
tan
f(MH
z)
Ortalama
tan
f(MH
z)
tan
42
5.25
18.43
3.51
41.8
4.94
16.80
3.40
42
5.30
20.78
3.92
41.87
5.16
18.67
3.61
18.5
5.85
24.69
4.22
18.5
5.36
21.44
4.00
18.5
5.79
26.05
4.50
18.5
5.66
24.06
4.24
15.3
5.77
28.10
4.87
15.3
5.59
23.09
4.13
15.3
5.85
27.85
4.76
15.3
5.74
26.35
4.59
11.9
6.27
32.67
5.21
12
5.92
26.52
4.48
11.9
6.06
31.99
5.28
11.97
6.08
30.39
4.99
8.3
6.43
35.30
5.49
8.3
5.98
28.58
4.78
8.3
6.36
35.93
5.65
8.3
6.26
33.27
5.31
5.9
6.77
40.82
6.03
6
6.36
32.25
5.07
5.9
6.86
42.67
6.22
5.97
6.66
38.58
5.77
3.8
7.27
47.11
6.48
3.8
6.79
41.15
6.06
3.8
7.70
50.59
6.57
3.8
7.25
46.28
6.37
2.64
7.17
47.82
6.67
2.64
7.17
47.82
6.67
67
o
o
Çizelge 6.2 Do al Klinoptilolitin 100 C ve 150 C deki dielektrik ölçüm sonuçları
KL NOPT LOL T
100 oC
1. Ölçüm
2. Ölçüm
Ortalama
f(MHz)
ε
ε
tan
f(MHz)
ε
ε
tan
f(MHz)
ε
ε
tan
42
18.7
15.5
12
8.4
6
3.83
2.67
2.2
1.86
1.3
1.17
0.82
0.6
3.82
4.00
4.16
4.62
4.58
4.71
4.98
5.13
5.25
5.53
5.77
5.77
6.27
6.59
6.72
8.92
8.78
11.69
14.38
16.81
18.18
20.67
22.10
24.17
27.23
30.93
36.24
41.39
1.76
2.23
2.11
2.53
3.14
3.57
3.65
4.03
4.21
4.37
4.72
5.36
5.78
6.28
42
18.7
15.5
12
8.4
6
3.83
2.67
2.2
1.86
1.3
1.17
0.82
0.6
4.06
4.27
4.34
4.70
4.70
4.84
5.03
5.35
5.40
5.58
5.70
5.98
6.43
6.68
9.18
11.61
12.07
12.74
13.96
16.12
18.86
21.61
24.52
24.83
28.44
32.95
38.45
45.09
2.26
2.72
2.78
2.71
2.97
3.33
3.75
4.04
4.54
4.45
4.99
5.51
5.98
6.75
42
18.7
15.5
12
8.4
6
3.83
2.67
2.2
1.86
1.3
1.17
0.82
0.6
3.94
4.14
4.25
4.66
4.64
4.78
5.00
5.24
5.33
5.56
5.74
5.88
6.35
6.64
7.95
10.27
10.43
12.22
14.17
16.47
18.52
21.14
23.31
24.50
27.84
31.94
37.35
43.24
2.01
2.48
2.45
2.62
3.06
3.45
3.70
4.04
4.38
4.41
4.86
5.44
5.88
6.52
KL NOPT LOL T
150 oC
1. Ölçüm
2. Ölçüm
Ortalama
f(MHz)
ε
ε
tan
f(MHz)
ε
ε
tan
f(MHz)
ε
ε
tan
42
18.7
15.5
12.1
8.4
6
3.85
2.68
2.2
1.88
1.32
1.18
0.825
0.6
0.37
3.63
3.79
3.86
4.04
4.09
4.17
4.28
4.39
4.54
4.59
4.71
4.85
5.09
5.19
5.41
2.25
5.69
6.87
7.72
9.20
10.51
10.40
12.64
14.44
16.07
16.67
18.24
20.67
25.28
30.40
0.62
1,50
1,78
1,91
2,25
2,52
2,43
2,88
3,18
3,50
3,54
3,76
4,06
4,87
5,62
42
18.7
15.5
12.1
8.4
6
3.85
2.68
2.2
1.88
1.32
1.18
0.825
0.6
0.37
4,00
4,06
4,13
4,23
4,27
4,46
4,49
4,74
4,84
5,08
5,24
5,29
5,46
5,98
6,27
8,36
8,77
9,00
9,86
9,52
11,33
10,82
14,50
16,41
18,14
20,70
22,11
26,04
30,14
36,55
2,09
2,16
2,18
2,33
2,23
2,54
2,41
3,06
3,39
3,57
3,95
4,18
4,77
5,04
5,83
42
18.7
15.5
12.1
8.4
6
3.85
2.68
2.2
1.88
1.32
1.18
0.825
0.6
0.37
3,82
3,93
4,00
4,14
4,18
4,32
4,39
4,57
4,69
4,84
4,98
5,07
5,28
5,59
5,84
5,31
7,23
7,94
8,79
9,36
10,92
10,61
13,57
15,43
17,11
18,69
20,18
23,36
27,71
33,48
1,36
1,83
1,98
2,12
2,24
2,53
2,42
2,97
3,29
3,54
3,75
3,97
4,42
4,96
5,73
68
Çizelge 6.3 Sentetik Zeolit örne inin farklı sıcaklıklarda dielektrik ölçüm sonuçları
SENTET K ZEOL T 3A
Oda Sıcaklı ında
1. Ölçüm
1. Ölçüm
Ortalama
f(MHz)
ε
ε
tan
f(MHz)
ε
ε
tan
f(MHz)
ε
ε
tan
41.4
7.45
33.67
4.52
41.2
8.07
41.96
5.20
41.3
7.76
37.82
4.86
18.3
8.67
54.45
6.28
18.3
9.08
63.47
6.99
18.3
8.88
59.96
6.64
15.2
8.94
60.52
6.77
15.1
9.54
68.43
7.17
15.15
9.24
64.48
6.97
SENTET K ZEOL T 3A
100 oC
1. Ölçüm
1. Ölçüm
Ortalama
f(MHz)
ε
ε
tan
f(MHz)
ε
ε
tan
f(MHz)
ε
ε
tan
41.7
6.30
20.79
3.30
41.6
6.52
23.73
3.64
41.65
6.41
22.26
3.47
18.5
6.74
29.86
4.43
18.5
6.99
32.36
4.63
18.5
6.87
31.11
4.53
15.3
6.90
33.47
4.85
15.3
7.24
36.34
5.02
15.3
7.07
34.91
4.94
11.9
7.42
38.51
5.19
11.9
7.72
41.92
5.43
1.9
7.57
40.22
5.31
8.3
7.62
46.25
6.07
8.25
8.17
49.02
6.00
8.28
7.90
47.64
6.04
5.9
8.51
52.93
6.22
5.9
9.05
54.66
6.04
5.9
8.78
53.80
6.13
3.78
8.79
55.20
6.28
3.78
8.79
55.20
6.28
SENTET K ZEOL T 3A
150 oC
1. Ölçüm
f(MHz)
42
18.6
15.4
12
8.4
6
3.8
2.65
2.2
ε
4.85
5.34
5.55
5.71
5.95
6.49
6.81
7.06
7.60
ε
12.80
17.25
21.25
25.18
30.88
37.25
44.87
51.68
54.95
tan
2.64
3.23
3.83
4.41
5.19
5.74
6.59
7.32
7.23
69
7. SENTET K ZEOL TLER N TEMEL MANYET K
ÖZELL KLER N N DE ERLEND R LMES
Son yıllarda yapısal ve ısıl özellikleri yanında, elektrik ve manyetik
özellikleri üzerinde birçok çalı ma yapılmı olan sentetik zeolitlerin
manyetik süseptibilitelerinin de i ik fiziksel
artlarda incelenmesi
yapılmı tır. Bu amaç için elimizde mevcut olan sentetik zeolit 3A ve 13X
türleri ele alınmı tır (Breck, D.W. 1964). Zeolitlerin X ve A türlerinin
yüksek iyon de i tirici özellikleri yanında, manyetik özelliklerine,
sıcaklı ın
ve
(Edwars,
P.R
manyetik
et
alan
Al.,
iddetinin
1984),
(Ucun
etkileri
F.,
son
et
Al.,
yıllarda
1992),
(Goto, T,., et Al., 1993), (Horikawa, Y., et Al., 1996) gibi bir çok
çalı macı tarafından incelenmi tir. Bu çalı maların ı ı ı altında, zeolit 3A
ve 13X türlerinin manyetik süseptibilitelerinin dört farklı fiziksel ko ulda
de erlendirilmesi
amacı
ile
bölümümüzde
ölçümler
yapılmı tır
( kiz, R., 1999).
GOUY metodu kullanılarak, oda sıcaklı ında zeolit örneklerin,
manyetik alanın de i ik de erlerinde manyetik süseptibilitelerinin
de erlendirilmesine yarayan net e rileri çizilmi tir.
ekil 7.2 ise 3A
ekil 7.1 13X'
in,
türünün e rilerini temsil etmektedir. Bu e rilerde
(1) nolu olanlar sentetik zeolitlerin do al hallerinin, (2) nolu olanlar
de 24 saat kurutularak nemlerinin alınmı hallerinin,
vakumda 150 0C '
(3) nolu olanlar Cu2+
iyonu katılmı ve(4) nolu olanlarda Fe3+ iyonu
katılmı hallerinin manyetik özelliklerinin ifade etmektedir.
70
ekil 7.1 Sentetik zeolit 13x in oda sıcaklı ında manyetik süseptibilitesinin dört farklı fiziksel
durumda de erlendirilmesini sa layan e riler.
71
ekil 7.2 Sentetik zeolit 3A 'nın oda sıcaklı ında manyetik süseptibilitesinin dört farklı fiziksel
durumda de erlendirilmesini sa layan e riler.
72
ekil 7.1 ve 7.2 'deki e rilerin tek tek sayısal de erlendirilmesi sonucu 13x
ve 3A türlerinin ortalama manyetik süseptibilite katsayıları hesaplanmı tır. Bu
hesaplamalar sonucunda 13x ve 3A türlerinin oda sıcaklı ında dört de i ik
fiziksel
durumda
manyetik
süseptibilitesinin
toplu
de erlendirilmesi
çizelge 7.1 'de verilmi tir.
Çizelge 7.1. Sentetik zeolit 13x ve 3A türlerinin oda sıcaklı ında ce dört farklı fiziksel
durumda ortama farklı manyetik süseptibilite katsayıları (χort )
-6
χort (x10 cgc)
Sentetik Zeolit
Do al Hal
Nemi Alınmı
2+
Cu iyonu
a ılanmı
3-
Fe iyonu
a ılanmı
13x
0.366
0.411
0.438
1.152
3A
0.821
0.874
1.034
3.486
Sentetik zeolit 13x ve 3A için elde etti imiz bu χort de erlerinin öncelikle, (2.4)
ve (2.5) ba ıntıları ile verilen hidratize birim hücrelerinin kimyasal içeri inde
de erlendirdi imizde; sahip oldukları Na+ ve K+ katyonları ve su molekülleri
sayıları açısından, nemi alınmı hallerdeki χort
de erlerinin literatürdeki
(Goto, T., et Al, 1993). (Horikawa, Y., et Al, 1996) ve (Mulay, L. N., 1963) gibi
çalı macıların yorumları ile uyumlu oldu u saptanmı tır.
Sentetik zeolit 13x '
in Cu2+ ve Fe3+ iyonları katılmı durumlarındaki
χort de erlerini ele aldı ımızda; Cu2+ iyonlarının manyetik süseptibiliteye
katkısının çok küçük olmasını, metalik halde diamanyetik olan bakırın
Cu2+ iyonlarının kristal yapıya yerle meyip, kristal içi bo luklarda kalan
H2O molekülleri ile zayıf ba meydana getirerek Cu(OH2)2+ gibi bir
bile ik olu turdu u eklinde açıklayabiliriz. Fe3+ iyonlarının daha fazla
bir katkı yapmalarını ise, demirin metalik halde ferromanyetik özelli i
yanında, Fe3+ iyonlarının daha büyük bir iyonik yüke sahip olmalarına
dayandırabiliriz.
73
8. TARTI MA
Dielektrikler, elektrik devrelerine yük transferini engelledikleri için
yalıtkan olarak kullanılırlar. Yalıtkan olarak kullanılan dielektriklerin
ba ıl dielektrik sabitlerinin büyük olması, dolayısıyla dielektrik
kayıplarının dü ük olması istenir.
Sonuç olarak bu çalı mada elde etti imiz verilere baktı ımızda ba ta
do al zeolit klinoptilolit olmak üzere, sentetik zeolitlerin dielektrik
malzeme olarak kullanabilmeleri, (15–42) MHz yüksek frekans
bölgesinde ve 100–150 oC sıcaklık aralı ında mümkün olmaktadır. Bu
elektronik sanayisinde zeolit kullanımı için önemli bir sonuçtur.
Ayrıca oda sıcaklı ı civarındaki kullanımlar için, daha ileri seviyede
yapılacak çalı malarda; zeolitlere de i ik iyon katılımı ve ba layıcı
kullanılması
sonucunda
dielektrik
ve
manyetik
süseptibilite
katsayılarında ne tür etkile imlerin meydana gelece inin ara tırılması
tavsiye edilir.
74
KAYNAKLAR D Z N
Ackley, M.W., 1992, GIESE. R.F., and YANG, R.T., Clinoptilolite:
Untapped Potential for Kinetic Gas Separations, Zeolites, 12, 780-788.
Alberti, K., and Fetting, F., 1994, Zeolites of Sensitive Materials for
Dielectric Gas Sensors, Sensors and Actuators B 21, 39-50.
Arafat, A., Jansen, J.C., Ebaid, A.R. and Bekkum, H., 1992 ,
Microwave Preparation of Zeolite Y and ZSM-5. Zeolites, 13, 162-166.
B.Conception, R.B., Balmaceda, E.J., Rodriguez F.G., 2000,
Characterization of Fe+2 - Containing Natural Clinoptilolite and Its
Interaction with Saccharides, Microporous and Mesoporous Materials 38,
161-166.
Barrer, R., M., 1982, Hydrothermal Chemistry of Zeolites, Academic
Press, London p. 31-39.
Barrer, R.M., 1978, Zeolites and Clay Minerals as Sorbents and
Molecular Sieves, Academic Press, London, p.1-31.
Barrer, R.M., 1985, Synthesis of
Zeolites, Zeolites, Synthesis,
Structure, Technology and Application 24, B. Drzaj, S. Hocevar, S.
Pejovnik (eds), Elsevier, Amsterdam, p. 1,2.
Ba sarı, A., Akyüz, T., 1997, Zeolit Pompa Ta ınınStronsiyum
So urmasının ncelenmesi, VIII. Ulusal Kil Sempozyumu Bildiriler
Kitabı, . I ık (ed.), Ekspres matbaasi, Kütahya , p.125-129.
Ba sarı, A., Akyüz, T., Yıldırım, A., Ba , N., Ekinci, ., 1997, Do al
Zeolitlerin Bazı Elementleri Adsorplama
artlarının ve
Radyasyonunun Adsorplama artlarına Olan Etkilerinin Ara tırılması,
VIII Ulusal Kil Sempozyumu Bildiriler Kitabı. . I ık (ed.), Ekspres
matbaası, Kütahya, p. 205-211
Boles, J.R., 1977, Zeolites in Deep-Sea Sediments, Mineralogy and
Geology of Natural Zeolites, F.A. Mumpton (ed.) VoL 4,
Mineralogical Society of America, New York , p. 137-141.
75
KAYNAKLAR D Z N (devam)
Breck, D.W., 1984, Zeolite Molecular Sieves, Structure, Chemistry and
Uses, Robert B. Krieger Pub., Malabar, p.10, 392-409.
Breck, D.W., Anderson, R.A., 1978, Molecular Sieves. Encylopedia of
Chemical Technology 15, Wiey - Interscience, London, p. 638-668.
Breck, W D., 1984, Zeolite Molecular Sieves, Structure, Chemistry, and
use . Robert E, Krıeger Publishing Company, Malabar, p. 412-414.
Orhun, Ö., 1997, Zeolitlerde yon De i imi, Anadolu Üniversitesi
Yayınları No: 989. Eski ehir, p. 19-21..
Ciambelli, P., Corbo., Liberti, L., Lopez, A. and Porcelli, C., 1985,
ammonia Removal from Municipal Water by,Philipsite, Zeolites,
synthesis; Structure, Technology and Application 24. B. Drzaj, S.
Hocevar. S. Pejovnik (eds.). Elsevier, Amsterdam p. 539.
Çetinel, G., Esenli, F., ve Ba , H., 1996, Di er Endüstri Mineralleri l,
Yeni Be Yıllık Kalkınma Planı Özel htisas Komisyonu, D.P.T. Raporu,
Ankara, No: 2421.
Dyer. A., and Zubair, M., 1998 Ion-exchange in chabazite,
Microporous and Mesoporous Materials 22, Elsevier, p. 135-150.
Edwads, P.R., Et. Al., 1984, Iyonic and Metalic Clusrers in Zeolites,
Chem.Soc., Chem. Commun., p.982
Flanigen, E.M. and Mumpton, F.A., 1977, Commarcial Properties of
Natural Zeolites, Mineralogy and Geology of Nalural Zeolites, F.A.
Mumpton (ed.) Vol.4, Minerallogical Society of America, New York ,
p.165-169.
Flanigen, E.M., 1977,Crystal Structure and Chemistry of Natural
Zeolites, Mineralogy and Geology of Natural Zelites, F.A. Mumpton
(ed), Minerallogıcal Society of America, New York , Vol. 4, p.19-53.
76
KAYNAKLAR D Z N (devam)
Flanigen, E.M., 1991, Zeolites and Moleculer Sieves, An Historical
Perspective, Inctoduction to Zeolite Science and Practice, H.Van
Bekkum, E.M. Flanigen, J.C. Jansen (editors), Elsevier, New York, Vol.
58, p. 13-33.
Gabrovsek, L., 1985, Sodiumtriphosphate Replacement, by Builder
Systems in Detergens, Zeolites, synthesis, Structure. Tecnology and
Application 24, B. Drzaj, S. Hocevar, S. Pejovnik (eds.), Elsevier,
Amsterdarm, p. 571-579..
Gottardi, G., and Galli, E., 1985, Natural Zeolites, Mineral and Rock,
Springer Verlag, Berlin, p. 409.
Goto, T., Nozue, Y., and Kodaira T., 1993, Optical and Magnetic
Properties of Alkali Metal in Zeolite Metarial Sciens and Engineering,
B19, p. 48
Hertzenberg, E.P., Dent, A.L., ZeolitesNaHA and CaHA as Toothpaste
Abrasives.
Higazy, A.A., Kassem, M.E. ve Sayed, M.B., 1992, Water - Assested
and Thermally - Enhanced Protonic Conduction in HZSM - 5. Effect of
Gamma-Irradiation the Electric Properties, J. Phys. Chem. Solids, 53,
549-554.
Hooff, J.H.C. and Roelofsen, J.W., 1991, Techniques of Zeolite
Characterization, Introduction to Zeolitc Science and Practice, H.Van
Bekkum, E.M. Flanigen, J.C. Jansen (eds), VoL 58, Elsevier, New York,,
p. 241-267.
Horikawa, Y., Ohnishi, N., and Higara, K, 1996, Structures and
magnetic susceptibility of Ni-ion-introduced zeolite A and X, Elservier
Sciens p. 139.
kiz, R., 1999, Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri
Enstitüsü.
77
KAYNAKLAR D Z N (devam)
zci, E., 2001, DoktoraTezi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri
Enstitüsü.
zci, E., 1995, Zeolitlerin Toz Deterjanlarda Kullanılması, Yüksek Lisans
Tezi, Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eski ehir.
Jung, D., Khelifa, N., Lavemann, E., and Sizmann, 1985, Energy
Storage in Zeolites and Application to Heoting and Air Conditioning,
Zeolites, synthesis, Structure. Technology and Application 24, B Drzaj,
S. Hocevar, S. Pejovnik (eds.), Elsevier, Amsderdam,
p. 555-557.
Khulbe, K.C., Mann, R.S., Tezel, F .H., Triebe. R.W., Erdem, A., ve
Sirkecio lu, A., 1997, Characterization of Clinoptilolite by Interactions
of H2S. CO, and SO2 by the esr Technique, Zeolites 14, 481-485.
Klopp, G., Suto, J., and Szebenji, I., 1980, Molecular Sieve Sorbents
from Hungarian Clinoptilolite, Proceeding of the Fifth International
Conference on Zeolites, L.V. Rees (ed.), Meyden, London, p. 841-849.
Kuhl, G., 1998, Source Materials for Zeolite Synthesis, Microporous
Materials 22, H. Robson (ed.), Elsevier, p. 515, 516.
Minato, H., 1980, Chemical Composition of Coexisting Cilinoptilolite
and Montmorillonite, Proceeding of the Fifth International Conference on
Zeolites, L.V, Rees (ed.), Heyden, London , p. 179-185.
Minato, H., 1985Chemical Treatment of Natural Zeolite, and Properties
and Utilizations of the Reacted Materials, Zeolites, synthesis, Structure,
Technology and Application 24, and B. Drzaj, S. Hocevar, S. Pejovnik
(eds.), Elsevier, Amsterdam ,p. 503-512.
Moscou, L., 1991, The Zeolite Scene, Introduction to Zeolite Science
and Practice, H. Van Bekkum, E.M. Flanigen, J.C. Jansen (eds.), Vol. 58,
Elsevier, New York, p. 13-33.
Moulson, A.J. and Herbert, J.B., 1993, Electroceramics, Chapman &
Hall, London, p. 464
78
KAYNAKLAR D Z N (devam)
Mumpton. F.A., 1977, Natural Zeolites, Minaralogy and Geology of
Natural Zeolites, F.A. Mumpton (ed.) Minerallogıcal Society of America,
Ne w York, Vol. 4, p.l-15.
Mumpton. F.A., 1977, Utilization of Natural Zeolites, Mineralogy and
Geology of Natural Zeolites, F.A. Munpton (ed.) Mineralogical Society
of America. New York, VoL 4, p.177-204.
Orhun, Ö., 2000, Dojal Zeolitlerden Baca Gazı Filtresi Yapılması,
AÜAF Proje Raporu. Anadolu Üniversitesi, Eski ehir.
Orhun, Ö., Yörüko ulları, E. ve Ünaldı, T., 1995,
Do al
Klinoptilolitin K+ Formlarının Hazırlanmasında Isıtmalı ve Isıtmanız
Yı ın Yönteminin Kar ıla tırılması, VII. Ulusal Kil Sempozyumu
bildiriler Kitabı. M. ener, F. Öner. E. Ko kun (editörler), Ankara ,
p.
171-178.
Park, M. and Comarneni, S., 1997,Occlusion of KNO3 and NH4NO3
in Natural Zeolites, Zeolites, 18,171-175.
Qhanchang, Z., Mingdi, S., Changlu, D., Huarui, Y., Qixing, Z., and
Zhiguo, Z., 1985, Usa of Clinoptilolitein Paper Industry, as Filler of
Paper, Zeolites, synthesis, Structure, Technology and Application 24, B.
Drzaj, S. Hocevar, S. Pejovnik (eds.), Elsevier, Amsterdam, p. 531-538.
Rivera-Garza, M, Olgun, M.T., Garcia-Sosa, I., Alcantara, D.,
Rodriguez, G., 2000, Silver Supported on Natural Mexican Zeolite its
an Antibacterial Material, Microporous and Mesoporous Materials 39,
431-444.
Roque Malherbe, R., Hernandez - Velez M., 1990, Foundations of
Thermo - Dieiectrical Analysis, Journal of Thermal Analysis. 36. John
Wiley & Sons Press, p. 2455 -2464.
Ruthven, D., M., 1984, Principles of Adsorption Processes, John Wiley Interscience, Totonto, p. 9-19.
79
KAYNAKLAR D Z N (devam)
Sariiz, K. ve Nuho lu, I., 1992, Endüstriyel Hammadde Yatakları ve
Madencili i, Anadolu Üniversitesi Yayın No: 636, Eski ehir, p. 430-442.
Sayed, M.B., 1992, A Concurrent Isotonic Electronic Conduction in
Dealuminotad IfY Zeolite, Journal Physics Solids 53, Pcrgamon Press
p. 1041 1048.
Schoonheydt, R.A., 1980, Electrical Conduction and Dielectric
Absorption in Zeolites X and Y, Proceeding of the Fifth Internatiol
Conference on Zeolites, L.V. Rees (ed.), Heyden, London p. 242 - 251.
Sersale, R., 1985, Natural Zeolites: Processing, Present and Possible
Applications, Zeolites, synthesis, Structure, Technology and Application
24, B. Drzaj, S. Hocevar, S. Pejovnik (editors), Elsevier, Amsterdam, p.
503-512.
Sersale, R., ve Frigonk, G., 1985, Natural Zeolites as Constituents of
blended Cements, Zeolites, Synthysis, Structure, Technology and
Application 24,B. Drzaj, S. Hocevar, S. Pejovnik (editors), Elsevier,
Amsterdam. p. 523-530.
Shannigrahi, S.R., Choudhary, R.N.P., 2000, Microstructure and
Electrical Characterisations of K- modified PLZT, Journal of Materials
Science 35. 1737-1742.
Smyth, C.P., 1955, Dielectric Behavior and Structure, McGraw- Hill
Book. Company, New York , p. 1- 416.
Szasz, A., Liszi, J., 1991, Dielectric Relaxation in Zeolites: Part III.
Reduced Diagrams, a Tool for Separation of Relaxation Domains.
Zeolites 11, 517 520
Taylor, J.R., Zaferitos, C., 1996, Fizik ve Mühendislikte Modern Fizik,
çev. B. Karao lu, TÜ Yayınları stanbul , p. 1 -438.
Tomazovic, B., Ceranic, T., ve Sijaric, G., 1996, The Properties of the
NH4 Klinoptilolite in Natura! Zeolite Rocks, Zeolites 15, 301-308.
80
KAYNAKLAR D Z N (devam)
Townsend, R.P., 1991, Ion Exchange in Zeolites, Introduction to Zeolite
Science ve Practice, H. Van Bekkum, E.M. Flanigen, J.C Jansen (eds.).
Elsevier, New York, Vol. 58, p.359.,.
Tsitsishvili, G. V., Andronikashvili, T. G., 1992, Natuna Zeolites, Ellis
Horwood, New York, p.1-291.
Ucun, F., et Al., 1992, On the E.S.R. Line Widts of Hydrates Cu in
Zeolites, ZEOLITES, Volume12, p. 420.
Ülkü, S. Turgut, F., 1991, Zeolitler ve Uygulama Alanları, V. Ulusal
Kil Sempozyumu Bildiriler Kitabı, M. Zor (ed.), Anadolu Üniversitesi
Yayin No:528.Eski ehir, p. 387-399.
Ülkü, S., Balköse, D., Özmıhçı, F., Akdeniz, Y. ve Negi , F., 1999,
Sepiolit, Klinoptilolit ve Tinkal Isı Buharını
Adsorpsiyonunun
incelenmesi, 1. Batı Anadolu Hammadde Kaynakları Sempozyumu
Bildirileri, JMO Genel Yayın No: 50, zmir, p.410-417.
Ünaldı, I., 1995, Bigadiç Yöresi Do al Zeolitin yon De i tirilmi
Formlarının CO2 Adsorpsiyonu, Doktora Tezi, Osmangazi Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü. Eski ehir,.
Vedrine, J.C., 1992, General Overview of the Characterization of
Zeolites, Zeolite Microporous Solids: Synthesis, Structure and
Reactivity, E.G. Derounae et al. (eds..), Kluwer Academic Pub.,
Netherlands, p. 107-131.
Von Hippel, A.R. 1953, Dielectric Materials and Application, John
Willey, London, p. 425
Yörüko ulları, E., Ta al, E., ve Orhan, Ö., 1991, Hemodiyaliz
Sıvısının Do al ve Modifiye Zeolitler ile Re jenerasyonu, V. Ulusal Kil
Sempozyumu Bildiriler Kitabı, M. Zor (ed.), Anadolu Üniversitesi Yayın
No: 528, Eski ehir, p. 400-406.
Zıpkın, H., 2004, Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri
Enstitüsü
81
ÖZGEÇM
K
SEL B LG LER
Adı Soyadı
:
M. Atilla ALPAN
Do um yeri ve tarihi :
Kilis, 15/06/1978
Uyru u
:
T.C.
Medeni Hali
:
Bekar
Görevi
:
Kamu Görevlisi (Subay)
Yabancı Dili
:
ngilizce
Ö REN M DURUMU
1984 – 1989
lkokul
1989 – 1992
Ortaokul
1992 – 1995
Lise
1997 – 2002
Ege Üniverisitesi Fen Fakültesi Fizik
Bölümü, Lisans
2002 – 2006
Ege Üniverisitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Bilgisayar Ö retim Teknolojileri E itimi,
Tezsiz Yüksek Lisans
2002 – 2007
Ege Üniverisitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Fizik Anabilim Dalı, Tezli Yüksek Lisans
AKADEM K GÖREVLER
2004-.......
Batarya Subayı