Thesis (Master)--Izmir Institute of Technology, Chemical Engineering, Izmir, 2019Includes bibliographical references ( leaves: 58-64)Text in English; Abstract: Turkish and EnglishThe objective of this study was to develop a method to synthesize CaCO3
nanoparticles from a chemical precipitation reaction under ambient and high
supersaturation conditions. Equimolar CaCl2 and Na2CO3 solutions were reacted in a
tubular reactor at a constant rate. The particles growth inhibition was attempted by
dispersing the reaction mixture in a continuously stirred Ca(OH)2 solution. This
procedure separated the nucleation phase from the growth inhibition process, and was
conducted without pH and composition control.
The possibility of impeding the CaCO3 particles overgrowth was explored at
different precipitants and Ca(OH)2 concentrations. Their effects on the particles
morphology, colloidal stability and specific surface area were studied. Although rapidlysettling
particles were produced at precipitants concentration of 100 mM, colloidally
stable CaCO3 nanoparticles were obtained at concentrations ≤75 mM.
Additive Ca2+ ions, provided by the Ca(OH)2 solutions, inhibited the crystals
growth by adsorbing irreversibly on the growth sites. The synthesized particles were as
much as 95% smaller than those obtained when pure H2O was used instead. Ca2+ ions
concentration and amount of precipitated particles were observed to be important factors
for monodispersity and high growth inhibition. Monodisperse and stable nanoparticles
were synthesized at low reactants concentration and/or precipitates volume.
Vaterite phase was observed in the particles obtained when pure H2O was used
as the growth-inhibiting solution. However, the presence of additive Ca2+ ions effected
the crystallization of pure calcite, regardless of Ca(OH)2 or precipitants concentration,
reaction mixtures retention time in the tubular reactor, volume of precipitates, and the
growth-inhibiting solutions initial pH.Bu çalışmanın amacı, yüksek aşırı doyma ve normal ortam koşullarındaki bir
çöktürme reaksiyonundan, CaCO3 nanotaneciklerini üretmeye yönelik metod
geliştirmekti. Eşdeğer molar CaCl2 ve Na2CO3 çözeltileri sabit hızla, tüp şeklinde bir
reaktörde reaksiyona sokulmuştur. Yeni oluşan partiküllerin fazla büyümesini
engellemek için, reaksiyon karışımı devamlı karıştırılan Ca(OH)2 çözeltisine
dağıtılmıştır. Bu yöntem, çekirdeklenme basamağını, kristal büyümesini engelleme
prosesinden ayırmıştır. Kimyasal bileşim ve pH ayarlanmadan tamamlanmıştır.
Üretilen taneciklerin aşırı büyümesinin engelleme olasılığı, farklı Ca(OH)2
çözeltisi ve tepkenlerin konsantrasyonlarında incelenmiştir. Partiküllerin morfolojisi,
koloidal stabilitesi ve özgül yüzey alanı üzerindeki etkiler araştırılmıştır. 100 mM tepken
konsantrasyonunda, hızlıca çöken partiküller üretilmesine rağmen, ≤75 mM
konsantrasyonlarında kararlı CaCO3 nanotanecikleri elde edilmiştir.
Ca(OH)2 çözeltisinden sağlanan katkı Ca2+ iyonları, kristallerin yüzeyine geri
dönülemez bir şekilde tutunarak aşırı büyümelerini engellemiştir. Sentezlenen tanecikler,
Ca(OH)2 yerine saf H2O kullanıldığında elde edilenlerden %95’e kadar daha küçüktür.
Partiküllerin fazla büyümesinin engellemesi ve homojen boyut dağılımında
üretilmesinde, katkı Ca2+ iyon konsantrasyonu ve Ca(OH)2 çözeltisine giren çökeltinin
miktarı önemli faktörlerdir. Homojen dağılımlı ve koloidal kararlı kalsit nanotanecikleri
düşük çökelti hacmi ve tepkenler konsantrasyonunda üretilmiştir.
Ca(OH)2 yerine saf H2O kullanıldığında, taneciklerde vaterit polimorfu elde
edilmiştir. Ancak, Ca(OH)2 veya tepkenlerin konsantrasyonuna, reaksiyon karışımını
reaktörde tutma süresine, Ca(OH)2 çözeltisinin başlangıç pH’ına ve çökelti hacmine
bakmaksızın, katkı Ca2+ iyonlarının varlığı saf kalsit fazlarının kristallenmesine etki
etmiştir