Tekli, çoklu ve bimetalik katalizörler ile borhidrür bileşiklerinin parçalanması
Decomposition of borohydride compounds in the presence of single, multi and bimetalic catalyst
Yazar: GÖZDE ÖZSAÇMACI
Danışman: DOÇ. DR. ÇETİN ÇAKANYILDIRIM
Hitit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Gerçekleştirilen çalışmada tek, çift ve üç metal içeren katalizörler impregnasyon yöntemi ile Al2O3 ve TiO2 destekleri üzerinde sentezlenmiştir. Katalizörün aktif yapıları CoCl2.6H2O, NiCl2.6H2O, FeCl3, CuCl2.2H2O, MnCl2.4H2O, K2PtCl4 ve RuCl3.2H2O gibi 3d geçiş metallerinin tuzları kullanılarak oluşturulmuştur. Üretilen bu katalizörler hidroliz işlemine tabi tutularak sodyum borhidrürün parçalanması ve hidrojen üretimi sağlanmıştır. Hidroliz ile 25 °C'de üretilen gaz fazındaki ürün ters büret yöntemi ile toplanmış ve miktarı zamana göre kaydedilmiştir. Ani hidrojen çıkışının baskılanması için NaOH kullanılmıştır. NaOH'ın reaksiyon hızına etkisinin belirlenebilmesi için farklı derişimlerde NaOH kullanılarak Co/Al2O3 katalizörü üzerinde denemeler yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda en uygun NaOH derişimi 0,25 M olarak belirlenmiştir. Gerçekleştirilen deneyler içinde en yüksek hidrojen üretim hızı 10 500 mL H2/g.kat.dk ile Co0,77Fe0,08Ru0,15/TiO2 katalizörü ile sağlanmıştır. Diğer ölçümlerde de, NaBH4'ün parçalanmasına Fe ve Ru tuzlarının sağladıkları katkının diğer tüm metal tuzlarına göre daha üstün olduğu tespit edilmiştir. 
Katalizörlerin taze ve kullanılmış şeklinde iki gruba ayrılmış ve karakterizasyonları SEM, EDAX ve XRD analizleri ile yaptırılmıştır. Taze ve kullanılmış katalizörlerin XRD analizlerinde genelde belirgin farkların olmadığı, bazı grafiklerde 0,2 2Ɵ civarında kaymanın olduğu gözlemlenmiştir. SEM ve EDAX sonuçlarında ise aktif metallerin (Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Ru, Pt) yüzeyde varlıklarını korudukları ve homojen olarak dağıldıkları tespit edilmiştir. SEM mikro fotoğrafları nano boyutlara inildiğine işaret etmektedir. Seçilen bazı katalizörler üzerinde, kinetik verilerin elde edilebilmesi için 25, 30, 40, 50 ve 60 °C sıcaklıklarında hidroliz işlemleri yapılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda Co0,85Fe0,08Cu0,07/Al2O3 ve Co0,9Fe0,1/TiO2 katalizörlerinin aktivasyon enerjileri sırasıyla 36,57 ve 27 kJ mol−1 şeklinde hesaplanmıştır.

Abstract:
In this study, dry impregnation technique was used to constitute single, binary and multi metallic catalysts on Al2O3 and TiO2 supports. Active sites of the catalyst were composed by utilizing 3d transition metal salts such as CoCl2.6H2O, NiCl2.6H2O, FeCl3, CuCl2.2H2O, MnCl2.4H2O, K2PtCl4 and RuCl3.2H2O. Catalysts were used to decompose sodium borohydride solution in to hydrogen. Produced gas was collected at 25 °C by inverse burette method and the accumulation is recorded with time. NaOH is utilized to suppress the sudden gas release. Advance hydrolysis experiments in which Co/Al2O3 charged, were focused to determine the NaOH effect on the reaction. Results indicates that the 0.25 M of NaOH (1,4 wt%) concentration provides the optimum reaction alkalinity. Co0,77Fe0,08Ru0,15/TiO2 catalyst could resulted in the fastest hydrogen generation rate as 10.500 mL H2/g.cat.min. Likewise, experiments performed with Fe or Ru including precursors, show superior behaviors among others. 
Catalysts were grouped as fresh and pre-used and characterized by SEM, EDAX and XRD. It was observed that fresh and pre-used catalysts 2 theta values are mostly alike while some peaks vary at about 0.2 2Ɵ in XRD tests. SEM-EDAX elemental analysis depict that the precursors (Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Ru, Pt) are homogeneously distributed over supports and adhered strongly. SEM micrographs are encouraging to assert the existence of nano-size catalyst particles. Kinetic studies are achieved at 25, 30, 40, 50 and 60 °C with Co0,85Fe0,08Cu0,07/Al2O3 and Co0,9Fe0,1/TiO2 catalysts. Activation energies of these catalysts were found as 36.57 ve 27 kJ mol−1 respectively.