Karbonmonoksit metanlaşma reaksiyonu için zeolit destekli katalizörler geliştirilmesi ve mikrokanallı reaktörde test edilmesi
Development of zeolite supported catalysts for carbonmonoxide methanation reaction and testing in a microchannel reactor
Yazar: YUSUF SERKAN KILINÇ
Danışman: PROF. DR. FİLİZ DEREKAYA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı karbon monoksit metanlaşma reaksiyonu için SAPO-34 ve HZSM-5 zeolit destekli NiO içeren katalizörlerin hazırlanması, karakteristik özelliklerinin belirlenmesi ve katalitik aktivitelerinin hem klasik reaktörde hem de mikro kanallı mikro reaktörde test edilmesidir. ZSM-5 zeoliti iyon değiştirme yöntemiyle hidrojen ile doyurularak HZSM-5 formuna getirilmiştir. SAPO-34 zeolit desteği hidrotermal sentez metoduyla sentezlenmiştir. Gerçekleştirilen bu çalışmada CO metanlaşma reaksiyonu için SAPO-34 ve HZSM-5 zeolitleriyle desteklenmiş %15 NiO içeren katalizörler hem emdirme yöntemiyle hem de yüzey aktif madde destekli emdirme yöntemiyle sentezlenmiştir. Sentez sürecinde çözücü olarak su, 1-Propanol, etil alkol ve aseton kullanılmıştır. Hazırlanan destek ve katalizörlerin karakterizasyon çalışmaları için Fourier Dönüşümlü Kızıl Ötesi Spektrometresi (FTIR), X-ışını kırınım deseni analizi (XRD), N2 fizisorpsiyon analizi ve elektron mikroskopisi analizleri (SEM ve HRTEM)  yapılmıştır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve yüksek çözünürlüklü geçirimli elektron mikroskobu (HRTEM) analizleri sonucunda yüzey aktif maddenin NiO kristal fazının desteğin gözenekli yapısı içine girmesine katkı sağladığı görülmüştür. Klasik reaktörde ise CO metanlaşması için katalitik aktivite çalışmaları sonucunda 276 C'de % 50 CO dönüşüm verme sıcaklığı (T1/2) ile emdirme yöntemiyle üretilen 1-Propanol kullanılarak hazırlanmış %15 NiO/HZSM-5 katalizörü en iyi katalitik aktivite performansını göstermiştir. En yüksek katalitik aktiviteye sahip diğer katalizör ise 295 C' de % 50 CO dönüşüm verme sıcaklığı ile (T1/2) yüzey aktif madde destekli emdirme yöntemiyle ve 1-Propanol ile hazırlanmış %15 NiO/HZSM-5 katalizörü olarak belirlenmiştir. HZSM-5 destekli katalizörler SAPO-34 destekli katalizörlere daha yüksek katalitik aktivite performansı göstermişlerdir. Çözücü olarak 1-Propanol kullanılarak hazırlanmış katalizörlerden yüksek aktiviteler elde edilmiştir. Hazırlanan katalitik aktiviteleri aynı zamanda mikro kanallı mikro reaktörde de test edilmiştir. Katalizörden büyük çoğunluğu mikro kanallı mikro reaktörde daha yüksek aktivite performansı göstermiştir.

Abstract:
The aim of this study is to prepare SAPO-34 and HZSM-5 zeolite supported NiO-containing catalysts for carbon monoxide methanation reaction, to determine their characteristics and to test their catalytic activities both in conventional reactor and micro-channel micro-reactor. ZSM-5 zeolite was converted to HZSM-5 form by saturating with hydrogen by ion exchange method. SAPO-34 zeolite support was synthesized by hydrothermal synthesis method. In this study, catalysts containing 15% NiO supplemented with SAPO-34 and HZSM-5 zeolites for the CO methanation reaction were synthesized by both the impregnation method and the surfactant assisted impregnation method. Water, 1-Propanol, ethyl alcohol and acetone were used as solvents in the synthesis process. For the characterization studies of the prepared supports and catalysts, Fourier Transform Infrared Spectrometer (FTIR), X-ray diffraction pattern analysis (XRD), N2 physisorption analysis and electron microscopy analyzes (SEM and HRTEM) were performed. As a result of scanning electron microscopy (SEM) and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) analyzes, it was observed that the NiO crystal phase of the surfactant contributed to the penetration of the porous structure of the support. In the classical reactor, as a result of the catalytic activity studies for CO methanation, the 15% NiO/HZSM-5 catalyst prepared by using 1-Propanol produced by the impregnation method with 50% CO conversion temperature (T1/2) at 276 C showed the best catalytic activity performance. The other catalyst with the highest catalytic activity was determined as 15% NiO/HZSM-5 catalyst prepared with 1-Propanol and with the surfactant assisted impregnation method with 50% CO conversion temperature (T1/2) at 295 C. HZSM-5 supported catalysts showed higher catalytic activity performance than SAPO-34 supported catalysts. High activities were obtained from the catalysts prepared by using 1-Propanol as solvent. The prepared catalytic activities were also tested in the micro reactor. Most of the catalysts showed higher activity performance in the micro reactor.