Investigation of behaviours of phase changed crystals in the presence of additives

Abstract

Bu çalışmada, polimorfik özellik gösteren glisin ve pseudo-polimorf kalsiyum sülfat hemihidratın faz dönüşümü saf ortamda ve çeşitli katkılar varlığında incelenmiştir. İlk olarak, polimorfik açıdan -glisinin α-glisine döşümü su/ etanol ortamında saf, laurik, bütirik, oleik, miristik, asetik, tartarik ve sitrik asit varlığında; farklı ultrasonik şiddetlerde ve değişen UV ışıma varlığında incelenmiştir. Polimorfik faz dönüşümü ultrasonik hızın sürekli olarak ölçülmesiyle takip edilmiştir. Bu dönüşümü doğrulamak amacıyla elde edilen kristallerin XRD analizi yapılmıştır. SEM ve morfoloji analiz sonuçlarına göre, hem şekil parametrelerinin hem de kristallerin boyutlarının kullanılan katkılardan önemli ölçüde etkilendiği belirlenmiştir. Ayrıca, kristaller TGA, elementel analiz ve FTIR ile karakterize edilmiştir. Termal analiz sonucunda elde edilen veriler ve izokonversiyonel yönteme dayanan çeşitli kinetik modeller kullanılarak aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. Kinetik sonuçlar, kullanılan katkı maddelerinin, bozunma sürecinde glisin kristallerinin ortalama aktivasyon enerjisinde artışa yol açtığını göstermiştir. Tezin ikinci bölümünde, kalsiyum sülfat hemihidratın kalsiyum sülfat dihidrata pseudo-polimorfik faz dönüşümü saf ortamda ve katkı maddesi olarak kullanılan trikarballik, glutamik ve propiyonik asit varlığında incelenmiştir. Faz dönüşümü sürekli iletkenlik ölçümleri ile takip edilmiştir. Dönüşüm süreci boyunca elde edilen kristallerin karakterizasyonu detaylı bir şekilde yapılmıştır. Ayrıca, kesikli bir kristalizörde dönüşüm süresince katkıların adsorpsiyonu; temas süresi, katkı konsantrasyonu ve sıcaklık parametreleri açısından incelenmiştir. Adsorpsiyon karakteristikleri izoterm, kinetik ve termodinamik özellikler açısından değerlendirilmiştir. Kalsiyum sülfat hemihidratın dihidrata dönüşüm sürecinde propiyonik asidin hızlandırıcı, trikarballik ve glutamik asidin ise geciktirici olarak kullanılabileceği ortaya koyulmuştur.

In this study, phase transformation of glycine (polymorph) and calcium sulfate hemihydrate (pseudo-polymorph) was investigated in the absence and then the presence of various additives. Firstly, the phase transformation of β-glycine to α-glycine in a water/ ethanol media was investigated in terms of its polymorphism in pure media and in the presence of lauric, butyric, oleic myristic, acetic, tartaric and citric acid, different intensities of ultrasonic irradiation and varying intensities of UV radiation. The polymorphic phase transformation was continuously monitored by in-line measuring of the ultrasonic velocity. The XRD technique was applied for the phase analysis of the crystals to confirm the polymorphic transformation. Based on the combination of SEM and morphology analyses, it was found that not only the shape parameters but also the size of the crystals obtained were significantly affected by the additives used. The crystals obtained were further characterized by means of TGA, elemental analyzer and FTIR. The attained thermal data were utilized to calculate the activation energy using various kinetic models based on the isoconversional method. The kinetic results revealed that the addition of the additives used led to increase in the average activation energy of the glycine crystals during decomposition process. In the second part, pseudo-polymorphic phase transformation of calcium sulfate hemihydrate to calcium sulfate dihydrate was performed in the absence and then the presence of tricarballylic, glutamic and propionic acid used as the additives. The phase transformation was continuously followed by conductivity measurements. The structure of the samples obtained during this process was characterized detailed. Furthermore, the adsorption of the additives during the transformation process was studied in a batch-type crystallizer with respect to contact time, additive concentration and temperature. The adsorption characteristics were investigated by means of evaluating the isotherm, kinetic and thermodynamic properties. While propionic acid can serve as a good accelerator for the transformation process from calcium sulfate hemihydrate to dihydrate, tricarballylic and glutamic acids can be used as the retarder.