Nikel katkılı WOXZrO2 katalizörünün sentezi, karakterizasyonu ve lignin için model bileşik gayakolün hidrodeoksijenasyon reaksiyonundaki aktivitesinin değerlendirilmesi
Synthesis, characterization and activity evaluation of nickel-doped WOXZrO2 catalyst for hydrodeoxygenation of guaiacol as a model compound of lignin
Yazar: ALİ TOLGA ÜNALAN
Danışman: PROF. DR. ALİ SINAĞ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Tez çalışması kapsamında, tungstenlenmiş zirkonya (WOxZrO2) destek malzemesinin üzerine farklı oranlarda nikel metali katkılanarak (kütlece %3, %5, %10 ve %20) hazırlanan katalizörlerin, gayakolün HDO reaksiyonundaki aktiviteleri incelenmiştir. Yüzey yanıt metodu (RSM), maksimum yüzey alanına ve Brønsted asit bölgesi yoğunluğuna ulaşmak için WOxZrO2 malzemesinin sentez parametrelerini (tungsten oranı, reaksiyon süresi ve kalsinasyon sıcaklığı) analiz etmek için kullanılmıştır. RSM'nin deneysel tasarımı, modellemesi ve optimizasyon aşamaları sırasıyla merkezi birleştirilmiş tasarım (CCD), regresyon analizi ve NSGA-II kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen çok amaçlı optimizasyon (MOO) sonuçlarına göre seçicilik ve dönüşüm açısından optimum nikel miktarı %15 olarak belirlenmiştir. %15 oranında nikel katkılı katalizör kullanılarak gerçekleştirilen HDO deneylerinde %84 dönüşüm, %82 seçicilik ve %96  tekrar kullanılabilirlik değerlerine ulaşılmıştır. Tahmin edilen yanıt sonuçlarının deneysel yanıt sonuçlarıyla iyi bir uyum içinde olduğu belirlenmiştir. Çeşitli analitik teknikler kullanılarak katalizörler karakterize edilmiştir. Deneyler sırasında %10'un üzerinde nikel katkılı WOxZrO2 katalizörü varlığında ana ürün olarak siklohekzan elde edilmiştir. Destek malzemesi üzerine katkılanan nikel miktarı arttıkça HDO deneyleri sonucunda oluşan oksijensiz bileşiklerin sayısının arttığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
Within the scope of the thesis, the activities of the catalysts prepared by adding different amounts of nickel metal (3%, 5%, 10% and 20% by weight) on the tungstenized zirconia (WOxZrO2) support material in the HDO reaction of guaicol were investigated. Response surface methodology (RSM) was used to analyze the synthesis parameters of tungstated-zirconia (tungsten ratio, reaction time and calcination temperature) to reach maximum surface area and Brønsted acid site density simultaneously. Experimental design, modelling and optimization stages of the RSM were achieved by using central composed design (CCD), regression analysis and NSGA-II, respectively. According to the obtained multi-objective optimization (MOO) results, optimum nickel content was stated as 15% in terms of selectivity and conversion. In HDO experiments, conducted by using 15%  nickel catalyst, 84% conversion, 82% selectivity and 96% reusability results were achieved.  Predicted response results are in good agreement with the experimental response results. Catalysts were characterized by using various analytical techniques. Cyclohexane was obtained as a main product in the presence of over 10% Ni doped tungstated zirconia catalyst. It was observed that the number of oxygen-free compounds formed as a result of HDO experiments increased as the amount of nickel doped on the support material increased.