Sodyum borhidrürden hidrojen üretimi için katalizör geliştirilmesi ve reaksiyon kinetiğinin incelenmesi
Development of a catalyst for hydrogen production from sodium borohydride and investigation of the reaction kinetics
Yazar: PEMBE HANDE ÖZ
Danışman: DR. TAHSİN BAHAR ; PROF. DR. ERDOĞAN ALPER
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu araştırmada, sulu sodyum borhidrür çözeltilerinden hidrojen elde edilmesine yönelik katalizör geliştirilmiş ve sentezlenen katalizörler ile hidrojen elde edilmesine etki eden çeşitli parametreler incelenmiştir. Ayrıca, fiziksel sorpsiyon, X ışını, SEM, ICP ve EDS analizi ile katalizörlerin karakterizasyonu yapılmıştır. Çalışmada; Co, Ni, Ni/Co, Pt ve Ru bazlı katalizörler sentezlenmiştir. Katalizör geliştirilmesine etki eden parametrelerin incelendiği çalışmalar Co bazlı katalizörler ile yapılmıştır. Hidrojen üretim performansı ve katalizör karakterizasyonu analizleri açısından en iyi sonuçlar %1 NaBH4 çözeltisi ile indirgenmiş ve 473K'de kalsine edilmiş katalizörde elde edilmiştir. Daha sonra hazırlanan katalizörler bu üretim şartlarına göre sentezlenmişlerdir. Co bazlı katalizörler için bulunan aktivasyon enerjisi değerleri 50-60 kj/mol aralığında değişirken, %5 NaBH4 çözeltisi ile indirgenmiş ve 673K'de kalsine edilmiş katalizörde en düşük aktivasyon enerjisi olan 48.90 kj/mol değeri elde edilmiştir. Ayrıca, Co bazlı katalizörlerin tekrar tekrar kullanılmasının, katalizörün önemli ölçüde deaktivasyona uğramasına sebep olduğu tespit edilmiştir. Hidrojen üretim hızı açısından incelendiğinde tez çalışması kapsamında sentezlenen katalizörlerin sıralaması Ru>Co>Pt>NiCo>Ni şeklinde olmuştur. Aktivasyon enerjisi açısından incelendiğinde ise Co>Ni>Pt>NiCo>Ru şeklinde sıralanmıştır. En düşük aktivasyon enerjisi değeri, Ru bazlı katalizörlerde 26.30 kj/mol olarak bulunmuştur. Hazırlanan katalizörler farklı zamanlarda aynı parametreler ile sentezlenmiş ve hidrojen üretim hızlarında önemli bir değişiklik olmadığı tespit edilmiştir. Ayrıca Pt bazlı katalizörlerde de tekrar kullanımın etkisi incelenmiş ve Pt bazlı katalizörlerin deaktivasyona uğramadığı görülmüştür.

Abstract:
In this research, various parameters affecting the development of catalysts for the hydrogen production from aqueous sodium borohydride solutions were investigated. Co, Ni, Ni/Co, Pt and Ru based catalysts were synthesized and physical sorption, X-ray, SEM, ICP and EDS analysis were used to characterize these catalysts. Co based catalysts were choosen to investigate the parameters of catalyst production. Best results for the hydrogen production performance were obtained from the catalysts reduced by 1% NaBH4 solution and calcined at 473K. Other catalysts in this work were synthesized by using these preparation parameters. While the activation energies of the Co based catalysts varied between 50-60 kj/mol, the lowest value of activation energy was obtained from the catalyst reduced by 5% NaBH4 solution and calcined at 673K, as 48.90 kj/mol. Furthermore, when the Co based used catalysts were recovered and used again, significant deactivation were observed. When the synthesized catalysts are examined according to hydrogen production rates and activation energies the respective orders were found to be as Ru>Co>Pt>NiCo>Ni and Co>Ni>Pt>NiCo>Ru. The lowest activation energy was obtained from Ru based catalyst as 26.30 kj/mol. Prepared catalysts were systhesized again by the same production parameters at different times and it was found that hydrogen production rates were reproduceable. Deactivation of Pt based catalysts were also investigated and it was seen that Pt catalysts do not deactivate by repeated reuse.