Zeolitleri, k›saca, yap›lar›nda molekül boyutlar›nda gözenekler içeren kristaller olarak tan›mlayabiliriz. Do¤ada bulun-duklar› gibi yapay olarak da üretilebilen zeolitlerin bugün 130’u aflk›n iskelet to-polojisi biliniyor ve bunlar›n birço¤unun do¤al karfl›l›¤› da yok.
Günümüzde birçok sentetik zeolitin yap›s›ndaki silisyum/alüminyum oran›, sentez s›ras›nda ya da sonradan yap›lan ifllemlerle denetlenebiliyor. Dolay›s›yla el-de edilen malzemelerin özelliklerinel-deki çeflitlilik de art›yor. Son on y›ld›r, nano-metrik tanecik boyutlar›nda zeolitlerin sentezleri, ince filmlerin ve kaplamalar›n haz›rlanmas› ve uygulamalar› üzerinde araflt›rmalar yürütülüyor. Bu araflt›rma-lar sayesinde, membran ay›rma sistemle-rinin ve membran reaktörlerin, zeolit elektrodlar›n, kimyasal sensörlerin gelifl-tirilmesi, ileri malzemelerin haz›rlanmas› mümkün olacak. fiimdilerde zeolitler, gö-zeneklerinde karbon nanotüpler, polimer zincirleri ve yar›iletkenler gibi misafir ya-p›lar›n, nanodüzeyde düzenlenebilece¤i malzemeler olarak da görülüyor.
TÜB‹TAK’›n Mühendislik Bilimleri alan›nda, 2002 y›l› Bilim Ödülü’nü alan Dr. Ayfle Erdem fienatalar’›n, zeolitlerin
sentezi, zeolit ince film ve kaplamalar›n›n haz›rlanmas› ve uygulama alanlar›n›n ge-lifltirilmesi konular›nda uluslararas› dü-zeyde üstün nitelikli çal›flmalar› var.
fienatalar’›n zeolitlerle tan›flmas›, yük-sek lisans çal›flmas›n› yapt›¤› y›llarda bafl-lar. Yüksek lisans tezi ZSM-5 olarak bili-nen, Mobil flirketince patenti al›nan yük-sek silika zeolitin sentezine iliflkindir. Kendi ifadesine göre ZSM-5, metanolden tek bir ad›mda benzin üretilmesini sa¤la-yabilen, benzin aral›¤›ndaki hidrokarbon ürünlere olan seçicili¤iyle ve ksilen izo-merlerini ay›rabilmesiyle ön plana ç›k-m›fl bir zeolittir.“Kar›fl›k katyon sistemle-rinden ZSM-5’in sentezinin incelendi¤i bu ilk çal›flmalar›m, gerek ZSM-5, gerek-se di¤er yükgerek-sek silika zeolit fazlar›n›n sentezine iliflkin daha sonra yürütülen çok say›da çal›flmaya temel oluflturdu.”
fienatalar’›n, zeolitlere karfl› duydu¤u hayranl›kla kar›fl›k ilgi, bugün de sürü-yor. Zeolitlerin yap›lar›ndaki muhteflem düzeni, bu düzenin neredeyse s›n›rs›z çe-flitlili¤ini, kristal morfolojilerini çok etki-leyici buluyor. Bu ola¤anüstü organizas-yonun ortaya ç›kmas›ndaki aflamalar; çe-kirdeklenme ve kristal büyümesi süreçle-ri ilgisini çekiyor. Dahas›, zeolitlesüreçle-rin
arafl-t›rma için çok elveriflli modeller olmalar›, birçok temel bilim ve mühendislik disipli-ninin arakesitinde durarak bilim ile tek-noloji aras›ndaki köprünün kurulmas›n› kolaylaflt›rmalar›, fienatalar’a çok çekici geliyor.
Türkiye’ye döndükten sonra doktora-s›n› farkl› bir konuda, asfaltitlerden sen-tetik yak›t üretimi üzerinde tamamlayan fienatalar, istemeden de olsa bir süre ze-olit araflt›rmalar›ndan uzak kal›r. Bunun nedenini de, 1970’li y›llarda, zeolit sente-zinin, ‹TÜ Kimya Mühendisli¤i Bölü-mü’ndeki ö¤retim üyelerinin doktora tezi olarak önerdikleri araflt›rma konular› içinde bulunmamas›yla aç›kl›yor.
fienatalar’›n zeolitlerden ayr› kalmas› pek uzun sürmez. Doktora sonras›nda, tekrar zeolitlere yönelir. Bu yöneliflin, akademik yaflant›s›nda bilinçli olarak yapt›¤› en do¤ru seçimlerden biri oldu¤u-nu düflünüyor. Buoldu¤u-nu, uluslararas› günde-mi izledi¤i ve uzun dönemde Türkiye’de yap›labilecekleri de¤erlendirmeye çal›flt›-¤› bir aray›fl dönemi izler. Bu dönemde yurt d›fl›nda, RuKY (Rutenyum Potas-yum Y zeoliti) zeolit katalizörü üzerinde CO (karbonmonoksit) hidrojenasyonu-nun mekanizmas› üzerinde çal›fl›r.
Türki-Dr. Ayfle ERDEM fienatalar
TÜB‹TAK 2002 Bilim Ödülü Sahipleri
78 Ocak 2003 B‹L‹MveTEKN‹K
Zeolitler, endüstride, adsorban, iyon
de¤iflti-rici ve flekil seçici katalizör olarak çok çeflitli
kullan›mlar› olan malzemelerden. Bu
ola¤an-üstü malzemelerin özelliklerindeki çeflitlilik
her geçen gün art›yor. Art›k neredeyse
uygu-lamaya özel zeolitler tasarlan›p
gelifltirilebili-yor. Son y›llarda yap›lan çal›flmalarla,
zeolit-lerden optik, elektronik, optoelektronik,
ter-moelektrik ve manyetik özellikleri olan ileri
malzemeler, gaz/s›v› kar›fl›mlar›n› ay›rmakta
kullan›labilecek membranlar, sensörlerde
kullan›labilecek ince filmler, ›s›
pompalar›n-da ve difüzyon s›n›rlamal› reaktörlerde
kulla-n›labilecek kaplamalar haz›rlanabiliyor. Bu
araflt›rmalar› gerçeklefltiren dünya çap›ndaki
bilim insanlar›ndan biri de Prof. Dr. Ayfle
Er-dem fienatalar.
ye’nin zengin do¤al zeolit rezervlerinin en önemlilerinden olan Bigadiç klinopti-lolit rezervinden al›nan örneklerin, iyon de¤ifltirme ve gaz ay›rma özelliklerini de, yurda dönüflünde araflt›r›r. Bigadiç rezer-vinden al›nan herhangi bir örne¤in zeolit içeri¤inin belirlenmesinde X-›fl›n› k›r›n›m yöntemine alternatif olarak kullan›labile-cek, adsorpsiyon ya da iyon de¤iflim ka-pasitelerinin ölçümüne dayal› yöntemle-rin gelifltirilmesini sa¤lar.
fienatalar, dünya bilimini yak›ndan iz-leyen bir bilim insan› öngörüsüyle, bu alan›n gelece¤ine yönelik heyecan verici geliflmelerin fark›na var›r ve çal›flmalar›n› a¤›rl›kl› olarak zeolit ince filmlerinin ve kaplamalar›n›n haz›rlanmas›na ve bunla-r›n mühendislik uygulamalabunla-r›n›n geliflti-rilmesine odaklar. 1992’de, Kanada’da toplanm›fl olan uluslararas› zeolit konfe-rans›nda, zeolit kaplamalar›n haz›rlanma-s›na iliflkin az say›da tebli¤in sunuldu¤u oturumu izlerken, bu tebli¤lerden biri ol-dukça ilgisini çeker. “Hollanda’daki Delft grubu, ZSM-5’in saf silika analo¤u olan silikalit-1 faz›n›n kaplamalar›n›n haz›rlan-mas›yla ilgili bir tebli¤ sunmufltu. Otu-rumdan sonraki kahve aras›nda, akl›mda-ki sorular›n yan›tlar›n› almaya çal›fl›rken, Delft grubuyla çal›flma daveti ald›m. Bir sonraki yaz Delft Teknik
Üniversite-si’nde, alüminyum içeren berrak bir çö-zeltiden, ilk kez kuartz, rutil ve safir gibi tek kristal yüzeyler üzerinde, bir kristal tabakas›ndan oluflan sürekli ve ince ze-olit 4A kaplamalar›n›n haz›rlanabilece¤i-ni gösterdim. O güne kadar, seramik alt-l›klar üzerinde aluminyum içeren zeolit-lerin bir kristal tabakas›ndan oluflan ince ve sürekli kaplamalar› haz›rlanmam›flt›. Bu çal›flman›n sonuçlar›, Delft grubunun silikalit-1 kaplamalar› üzerindeki çal›fl-malar›yla birlikte uluslararas› bir kitapta bölüm olarak yay›nland›, çok ilgi çekti.” fienatalar, 1994’te Almanya’daki ulus-lararas› konferansta, ‹sveçli araflt›rmac›la-ra, üzerinde çal›flt›klar› kolloidal (boyut-lar› mikrometreden küçük olan ve çözel-tide çökmeyen) sentezden kaplamalar›n haz›rlanmas› konusunda bir proje öneri-sinde bulunur. 1995’te, ‹sveç’te, Lulea Teknik Üniversitesi’nde, silikon tek
kris-tal altl›klar üzerinde, kal›nl›klar› 180nm-1µm aral›¤›nda de¤iflen silikalit-1 filmleri haz›rlar ve sentez bilefliminin filmin olu-flumu ve dokusu üzerindeki etkilerini ay-r›nt›land›r›r. Di¤er taraftan, ‹TÜ’de yürüt-tü¤ü çal›flmalarla da, zeolit A kaplama kal›nl›klar›n›n mikron-alt› boyutlara indi-rilebilece¤ini gösterir. Zeolit kaplamalar için mühendislik uygulamalar›n›n geliflti-rilmesi üzerinde de çal›flmalar yapar. “Is›tma/so¤utma amaçl› kullan›labilecek zeolit-su ikilisini kullanan adsorpsiyon ›s› pompalar›na iliflkin çal›flmalar›m›zda, at›k ›s› ve günefl enerjisiyle çal›flabilecek sistemler önerdik. Metal ›s› de¤ifltirici bo-rular üzerinde büyütülmüfl zeolit kapla-malar›n›n kullan›ld›¤› sistemler gelifltir-dik ve modellegelifltir-dik. Bu sistemlerle gele-neksel ›s› pompalar›nda karfl›lafl›lan küt-le ve ›s› transferi s›n›rlamalar› azald› ve çevrim süreleri k›sald›. Ayr›ca, adsorpsi-yon ›s› pompalar›nda kullan›labilecek ka-l›nl›kta ve dayan›kl›l›kta zeolit kaplamala-r›n›n haz›rlanabilmesi için yeni bir sentez yöntemi gelifltirdik. Bu kaplamalar›n, ge-rek birim yüzey üzerine kaplanan zeolit kütlesi, gerekse mekanik ve ›s›l floklara dayan›kl›l›k aç›lar›ndan ›s› pompalar›nda ve benzeri sistemlerde kullan›lmaya çok daha elveriflli olduklar›n› belirledik.”
fienatalar’›n ‹TÜ’deki çal›flma arkadafl-lar›yla birlikte, mühendislik uygulamala-r›na yönelik olarak çal›flmalar yürüttü¤ü bir baflka alan, gaz/buhar ay›rma amaçl› zeolit katk›l› polimerik membranlar›n ha-z›rlanmas› olur. “Bu çal›flmalarda gaz ve buhar ay›rma uygulamalar›na yo¤unlafl-t›k. Zeolit ve polimerden farkl› özelliklere sahip ayr› bir polimer arafaz›n›n varl›¤›n› ortaya att›k ve daha sonra bu arafaz›n ka-l›nl›¤›n›n ve geçirgenli¤inin hesaplanabil-mesi için teorik bir model önerdik. Model yard›m›yla öngördü¤ümüz arafaz kal›n-l›klar›n› deneysel yöntemlerle de do¤rula-d›k. Ayr›ca, seçici-geçirgen gaz ay›rma membranlar›n›n haz›rlanmas›nda zeolitin molekül eleme özelli¤inin yan› s›ra, kine-tik seçicili¤inden de yararlan›labilece¤ini belirledik.”
fienatalar’›n çal›flmalar› aras›nda ze-olitlerin iç yüzeylerinin fraktal boyutlar›-n›n belirlenmesi amac›yla gelifltirilen de-neysel ve teorik yöntemler de var. fiimdi-lerde, a¤›rl›kl› olarak zeolitlerin mühen-dislik uygulamalar›n›n gelifltirilmesine iliflkin çal›flmalar›n› sürdürmekte. Örne-¤in, yak›t pillerinde kullan›labilecek saf zeolit ve kompozit malzemelerin peflinde. Gülgûn Akbaba
79
Ocak 2003 B‹L‹MveTEKN‹K
Ayfle Erdem-fienatalar, 1955’te, Ankara’da do¤ar. ‹lk ve orta ö¤renimini TED Ankara Koleji’nde, lise ö¤-reniminiyse Ankara Fen Lisesi’nde tamamlar. Üniver-site s›navlar›nda, ilk tercihi olan ODTÜ Kimya Mühen-disli¤i Bölümü’ne girer ve 1976’da fleref ö¤rencisi olarak mezun olur. Bo¤aziçi Üniversitesi'nde bafllad›¤› yüksek lisans ö¤renimini, ABD'de, Worcester Politek-nik Enstitüsü Kimya Mühendisli¤i Bölümü'nde, burslu olarak sürdürür. 1978’de yüksek lisans›n› bitirir ve ay-n› y›l Türkiye’ye dönerek, ‹TÜ Kimya Mühendisli¤i Bö-lümü'nde asistan olarak çal›flmaya bafllar. Doktora te-ziyle ilgili deneysel çal›flmalar›n›n bir k›sm›n› yürütmek üzere 1982’de, ‹ngiliz Kültür Heyeti bursuyla araflt›r-mac› olarak, ‹ngiltere'de Leeds Üniversitesi'ne gider. 1984’te doktoras›n› bitirir. 1986-1988 aras›nda iki y›l süreyle ABD'de, Pittsburgh Üniversitesi Kimya Mü-hendisli¤i Bölümü'nde araflt›rmac› ve misafir ö¤retim üyesi olarak çal›fl›r. Aral›k 1988'de yard›mc› doçent, Ekim 1989'da doçent olur. 1990-1995 y›llar›n›n yaz aylar›n› yurt d›fl›nda geçirir: 1990 ve 1991’de ABD'de Pittsburgh Üniversitesi'nde, 1993’te Hollanda'da Delft Teknik Üniversitesi'nde, 1995’te ‹sveç'te Lulea Teknik Üniversitesi'nde çal›flmalar yürütür. 1995'te profesör olur. 2001’de, k›sa bir süre, ‹srail’de araflt›rmalarda bulunur.
fienatalar halen, ‹TÜ Kimya Mühendisli¤i Bölü-mü'nde Proses ve Reaktör Tasar›m› Anabilim Dal› Bafl-kan› ve ö¤retim üyesi olarak çal›flmakta ve TÜB‹TAK-MAM Malzeme ve Kimya Teknolojileri Araflt›rma Ensti-tüsü’nde ve Ifl›k Üniversitesi’nde ek görev yapmakta. Kimya Mühendisleri Odas›, Is› Bilimi ve Tekni¤i Derne-¤i, Kat› At›k Milli Komitesi ve Uluslararas› Zeolit Birli-¤i’nde üyelikleri bulunan fienatalar’›n, 1’i uluslararas› bir kitapta bölüm, 34’ü uluslararas› dergi makalesi, 30’u uluslararas› konferans bildirisi olan 100’ü aflk›n yay›n› var. Yay›nlar›na, Ocak 2002 itibariyle, Science Citation Index taraf›ndan taranan dergilerde ve kitap-larda 372 at›f yap›lm›fl. fienatalar, Microporous and Mesoporous Materials, Applied Thermal Engineering, Chemical Engineering Communications, Turkish Jour-nal of Chemistry ve Turkish JourJour-nal of Engineering and Environmental Sciences dergilerinin de hakemlerin-den. E¤itimin de en az araflt›rma kadar önemli bir gö-rev oldu¤unu düflünen fienatalar, ayn› zamanda ‹TÜ Senato E¤itim ve Akreditasyon Komisyonlar›n›n üyesi, ve ‹TÜ Kimya Mühendisli¤i Bölümü Akreditasyon ve Kalite Komisyonu Koordinatörü. 1979’da evlendi¤i efli Burhan fienatalar da Bilgi Üniversitesi ‹ktisat Bölü-mü’nde ö¤retim üyesi. fienatalar’›n Zeynep ad›nda, üniversite son s›n›f ö¤rencisi bir k›z› var.
Dünya Mühendislik Bilimlerinde
Bir Türk Bilim Kad›n›
.
