Mezogözenekli Cu-MCM-41 ile yüksek sıcaklıkta proses gazı desülfürizasyonu
Process gas desulfurization at high temperature with mesoporous Cu-MCM-41
Yazar: ZEYNEP ÖZAYDIN
Danışman: PROF. DR. GÜLŞEN DOĞU ; YRD. DOÇ. DR. SENA YAŞYERLİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Yüksek yüzey alanı ve düzgün gözenek boyutu dağılımı ile M41S ailesinden olanMCM-41 malzemesi katalitik ve adsorpsiyon çalışmalarında araştırmacılarınilgisini çekmektedir. Bu çalışmada, MCM-41 malzemesinin birçok endüstriyelproseste açığa çıkan zehirli, korozif ve asit yağmurlarına neden olan H2Sgazının giderilmesi için Cu-MCM-41 sorbentinin hazırlanmasında destekmaddesi olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır.Çalışmada ilk olarak saf MCM-41 malzemesinin sentezi direk (hidrotermal)yöntem ile gerçekleştirilmiştir. MCM-41 sentezine etki edebilecekparametrelerden olan silikat kaynağı ve yüzey aktif madde değiştirilereksentezler tekrarlanmıştır. Ürünlerin yapı ve fiziksel özelliklerininbelirlenebilmesi amacıyla karakterizasyon çalışmaları (XRD, BET, EDS, XPS,TPR, SEM) yapılmıştır. Yapılan karakterizasyon çalışmaları ile saf MCM-41'eait karakteristik dört ana pik X-ışını kırınım desenlerinde görülmüş vemalzemelerin yüzey alanları 1040-1219 m2/g arasında bulunmuştur. Çalışmanındevamında, bakır içerikli MCM-41 destekli sorbentler direk (hidrotermal) veemdirme (impregnation) yöntemleri ile farklı Cu/Si oranlarında sentezlenmiş veürün karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Kullanılan her iki sentezyönteminde de bakır içerikli MCM-41 malzemesinde bakırın CuO ?tenorite?yapıda olduğu ve MCM-41 yapısının sentez sonucunda korunduğu XRDanalizleri yardımıyla bulunmuştur. Ayrıca bakır içerikli MCM-41malzemelerinde yapıda bakır miktarı arttıkça X-ışını kırınım desenlerinde CuOpiklerinde büyüme ve yüzey alanı değerlerinde düşme görülmüştür. Çalışmanınson bölümünde hazırlanan bakır içerikli MCM-41 sorbentleri ile H2Suzaklaştırma deneyleri dolgulu kolon reaktör sisteminde 500oC, 100 cm3/dakikatoplam akış hızında %1 H2S, %10 H2 ve %89 He içeren gaz karışımıylagerçekleştirilmiştir. Sorbentlerin kükürt tutma kapasiteleri reaktör etrafındayapılan kükürt denkliği ile belirlenmiştir. Desülfürizasyon sonrasında bakıriçerikli MCM-41 destekli sorbentlerin yüzey alanlarında düşüş, XRDanalizlerinde bakır oksit piklerinin kaybolduğu görülmüştür. Emdirme yöntemiile hazırlanan Cu@MCM-41(I) numunesinin desülfürizasyon sonrası XRDanalizinde yapıda Cu1.81S pikleri gözlenmiştir.

Abstract:
Researchers have recently focused on the synthesis and characterization ofM41S materials due to their high surface area and well-defined narrow poresize distribution in catalytic and adsorption studies. In this study, MCM-41material, which is used to remove poisonous and corrosive H2S gases releasedfrom many industrial processes and causing acid rain, was investigated.In this work, pure MCM-41 was synthesized by using hidrothermal synthesisand reproducible samples were obtained under same conditions. In order tounderstand surfactant and silica source effects on material structure, synthesisof MCM-41 has repeated with different surfactants and silica sources. MCM-41materials prepared in this work were characterized XRD, BET, EDS, XPS,TPR, SEM techniques. Four characteristic Bragg peaks of MCM-41 wereobserved in the XRD patterns of MCM-41. The surface area of these samplesdetermined by BET analysis, changed between 1040 and 1219 m2/g. Then,copper incorporated MCM-41 catalysts were synthesized by using direct(hidrothermal) and impregnation methods with different Cu/Si ratios. In Cu-MCM-41 materials, copper was in CuO, tenorite, structure and MCM-41structure was retained in each method. Also, when the amount of copperincreased in the structure of copper-containing MCM-41 materials, an increasein CuO peak intensity and a decrease in surface area values were observed. Inthe last part of the study, desulfurization experiments were carried out using afixed-bed reactor at 500oC, with a total flow rate of 100 cm3/min (1% H2S, 10%H2 and 89% He) using Cu-MCM-41 sorbents prepared in this work. The sulfurcapture capacity of the sorbents was obtained. After desulfurizationexperiments surface area of Cu-MCM-41 decreased and CuO peaksdisappeared in the XRD patterns. After desulfurization experiments, Cu1.81Speaks were observed in the XRD patterns of the Cu@MCM-41(I) synthesizedby impregnation method.