HPA yüklü metal sütunlu kil katalizörlerin hidrotermal sentezi ve etanol dehidrasyon reaksiyonlarında aktivite testi
Hydrothermal synthesis of HPA loaded metal-pillared clay and activity test in ethanol dehydration reactions
Yazar: GÜLCE AÇIL
Danışman: PROF. DR. FATMA SUNA BALCI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Heteropoli asitlerin (HPA) düşük yüzey alanı, polar ortamda çözünme ve sıcaklık sınırlamaları gibi dezavantajları uygun bir destek yapı üzerine yüklenmeleri ile giderilebilmektedir. Sütunlu killer (SK), yüzey özelliklerinin sentez parametreleri ile ayarlanabilir olmasından dolayı destek yapı ve katalizör olarak kullanım avantajları sunmaktadır. Gerek katalitik aktiviteleri gerekse termal kararlılıkları uygun sütun elemanı seçimi ile artırılabilir. Al-Kegging katyonunun, benzer bir boyuta sahip silisikatungstik asit (STA) anyonlu ile birlikte sütun elemanı olarak kullanılması bu özelliklerin geliştirilmesine ek olarak, hedeflenen katmanlı yapı oluşumunu ve yapının asidik özelliklerini pozitif yönde etkiler. HWB (Hançılı Beyaz Bentonit) kili kullanılarak, farklı W/Al oranlarında (W/Al oranı 0,25 ve 1,0) asidik ve bazik şartlarda kil süspansiyonuna (pH 9 ve 4) STA'nın sentez ortamına eklenme aşaması değiştirilerek elde edilen STA/Al-SK katalizörleri farklı sıcaklıklarda kalsine (300, 400 ve 500 oC) edilmiştir. XRD kristal yapının bozulmadığını, TEM görüntüleri katmanlı yapının korunduğunu, N2 adsorpsiyon/desorpsiyon izotermleri yüksek yüzey alan ve homojen gözenek dağılımı oluştuğunu göstermiştir. ICP, XPS analizleri ve TEM görüntüleri W'nun yapıya yüklendiğini gösterirken FTIR spektrumlarından STA yüklemesi ile Lewis ve Bronsted asitliğinin arttığı belirlenmiştir. HWB ve Standart Teksas STx-1 kil minerali kullanılarak sentezlenen katalizörlerin aktivite testleri, etanolün dehidrasyonu reaksiyonunda diferansiyel reaktörde kullanılarak gerçekleştirilmiştir.  En yüksek dönüşüm değerlerine (≈ %93) STx-1 kili ile düşük W/Al oranında bazik kil süspansiyonu şartlarında ve HWB kili ile yüksek W/Al oranında bazik kil süspansiyonu koşullarında sentezlenen katalizörler ile ulaşılmıştır. Reaksiyon sonrası FTIR spektrumlarından yapıdaki asit bölgelerinin azaldığı, Bronsted asit merkezlerinin Lewis asit merkezlerine oranla yapıda daha fazla kaldığı görülmüştür.

Abstract:
The disadvantages of HPAs such as low surface area, dissolution in polar environment and temperature limitations can be solved by loading on an suitable support structure. The pillared clays (SK) offer advantages as a support structure and catalyst as their surface properties can be adjusted by synthesis parameters. Both catalytic activities and thermal stabilities can be increased by selecting the appropriate pillared agent. In addition to improvements of these properties, use of Al-Kegging cation with silicatungstic acid (STA) anion with a similar size, as a pillar agent affects the targeted layered structure formation and acidic properties of structure in positive direction.  The STA/Al-SK catalysts obtained using HWB (Hançılı White Bentonite) clay with different W/Al ratios (W/Al ratio of 0.25 and 1.0) and acidic and alkaline clay suspension (pH 9 and 4) by changing the addition step of STA to synthesis media were calcined (300, 400 and 500 oC) at different temperatures. XRD showed that the crystal structure did not deteriorate, TEM images indicated that the layered structure was preserved, N2 adsorption/desorption isotherms demonstrated high surface area and homogeneous pore distribution. While ICP, XPS analyses and TEM images showed that W was loaded to the structure, the increase of Lewis and Bronsted acidities by STA loading was determined from FTIR spectra. The activity tests of catalysts synthesized using HWB and Standard Texas STx-1 clay mineral were carried in the ethanol dehydration reaction using differential reactor. The highest conversion values (≈ 93%) were achieved with the catalysts synthesized with STx-1 clay at low W/Al ratio under alkaline clay suspension conditions and with HWB clay with catalyst synthesized under high W/Al under alkaline clay suspension conditions. From FTIR spectra after the reaction, it was seen that the acid regions in the structure decreased and Bronsted acid centers remained in the structure more than Lewis acid centers.