Destekli katalizörler eşliğinde sodyum borhidrürün metanolizi
Methanolysis of sodium borohydride in the presence of supported catalysts
Yazar: MERVE FERUZ
Danışman: DOÇ. DR. ÇETİN ÇAKANYILDIRIM
Hitit Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada katalizörler NaBH4'ün katalitik olarak metanoliz edilebilmesi için impregnasyon yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Üretilen katalizörlerde destek malzemesi olarak TiO2, Al2O3 ve AC (aktif karbon) kullanılmıştır. Aktif merkezlerin oluşturulmasında NiCl2.6H2O, CoCl2.6H2O, CuCl2.2H2O, FeCl3, MnCl2.2H2Ove RuCl3.2H2O gibi 3d geçiş metallerinin tuzlarından faydalanılmıştır. Katalizörler hazırlanırken kullanılan aktif metaller tek başına, ikili ve üçlü karışımlar halinde harmanlanarak kullanılmıştır. NaBH4, sentezi yapılan katalizörler vasıtasıyla metanoliz işlemine tabi tutularak parçalanmış ve yapısındaki hidrojen gazı açığa çıkarılmıştır. 25 ºC'de gerçekleştirilen denemelerde üretilen hidrojen gazının hacmi ters büret yöntemi kullanılarak kaydedilmiştir.Yapılan denemeler içinde en yüksek hidrojen üretim hızı5667 mL H2/gkat.min'dır. Bu değer 34(Ni0,7Co0,3/TiO2) katalizörü kullanılarak elde edilmiştir. İki ve üç metalli katalizör denemelerinde ise genel olarak, Ni metalinin yanına eklendiği metal aktivitesini arttırıcı yönde etkisi olduğu saptanmıştır. Ayrıca tek başına aktivitesi düşük seyreden metal tuzlarının yanına metal eklendiğinde katalitik performansını iyileştirebildiği tespit edilmiştir.
Sentezlenen katalizörlerden seçilenlerinXRD, SEM ve TEM analizleri ile metanoliz öncesi ve sonrası karakterizasyonları yapılmıştır. EDAX sonuçları aktif metallerinmetanoliz sonrasında yüzeyde varlıklarını koruduklarını göstermiştir. TEM analizi ile aktif metallerin destek yüzeyinde homojen dağılım gösterdiği tespit edilmiştir. Çeşitli yazılımlar kullanılarak bu parçacıkların boyut analizi yapılmış, ortalama parçacık boyutu 7 nm civarında ölçülmüştür. Katalizörün tekrar kullanılabilirliği denenmiş ve on kullanım sonrasında dahi aktivitesini koruduğu saptanmıştır.97(Ni0,85Co0,1Fe0,05/TiO2) katalizörü üzerinde kinetik verilerin elde edilebilmesi için 10, 25 ve 30 ºC sıcaklıklarda metanoliz işlemleri yapılmıştır. Bu verilerden yararlanılarak katalizörün aktivasyon enerjisi 46,02 kJ mol-1 bulunmuştur.Ayrıca tepkimenin sıfırıncı mertebeden kinetiğe sahip olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, catalysts were synthesized by using the impregnation method for the catalytic methanolysis of NaBH4. TiO2, Al2O3 and AC were used as support materials in the produced catalysts. Salts of 3d transition metals such as NiCl2.6H2O, CoCl2.6H2O, CuCl2.2H2O, FeCl3, MnCl2.2H2O and RuCl3.2H2Owere used in the formation of active centers. The active metals used in the preparation of the catalysts were in binary and triple mixtures. NaBH4 was decomposed by methanolysis by means of synthesizedcatalysts and the hydrogen gas was released. The volume of hydrogen gas produced in the experiments carried out at 25 ºC was recorded using the reverse burette method. The highest hydrogen production rate among the trials was 5667 mL H2/gkat.min. This value was obtained by using 34(Ni0,7Co0,3/TiO2) catalyst. In the two- and three-metal catalyst trials, it was generally found that Ni presence enhance theactivity. In addition, it has been determined that the catalytic performance can be improved in binary form.
XRD, SEM and TEM analyzes of selected catalysts were performed before and after methanolysis. EDAX results showed that active metals remained on the surface after methanolysis. By TEM analysis, it was determined that active metals showed homogeneous distribution on the support surface. Size analysis of these particles was made using various software and the average particle size was measured around 7 nm. The reusability of the catalyst has been tested and found that it retains its activity even after ten uses. In order to obtain kinetic data on 97(Ni0,85Co0,1Fe0,05/TiO2)catalyst, methanolysis processes were carried out at 10, 25 and 30 ºC temperatures. Using these data, the activation energy of the catalyst was found to be 46,02 kJ mol-1. Tests also reveal that the reaction obeys zero rate order.