Propanın seçici oksidasyonu ile propilene dönüşümü reaksiyonu için SBA-15 ve MCF destekli katalizör geliştirilmesi
Development of SBA-15 and MCF supported catalysts for selective oxidation reaction of propane to propylene
Yazar: ÖZGE AKTAŞ
Danışman: PROF. DR. GÜLŞEN DOĞU ; YRD. DOÇ. DR. SENA YAŞYERLİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Gözenekli katılar = Porous solids ; Katalitik oksitlenme = Catalytic oxidation ; Katalitik reaksiyon = Catalytic reaction ; Katalizörler = Catalysts ; Oksidatif dehidrojenasyon = Oxidative dehydrogenation ; Oksitlenme = Oxidation ; Oksitlenme reaksiyonları = Oxidation reactions ; Propan = Propane ; Seçicilik = Selectivity

Özet:
Bu çalışmada, yüksek yüzey alana sahip, mezogözenekli, V,Ce temelli katalizörler hazırlandı. V, Ce temelli katalizörler propanın propilene seçici oksidasyonu gibi reaksiyonlarda aktif özellik göstermektedir. Yüksek yüzey alanı, kontrol edilebilir gözenek yapısı ve termal kararlılığı ile araştırmacıların ilgisini çeken mezogözenekli SBA-15 ve MCF malzemeleri katalizör destek maddesi olarak kullanılmıştır. SBA-15 malzemesinin sentez şartlarının belirlenebilmesi amacıyla ön çalışmalar yapılmıştır. Karakterizasyon çalışmaları sonucuna göre en uygun sentez şartı belirlenmiş ve tekrarlanabilirliği sağlanmıştır. SBA-15 sentez şartlarından farklı olarak gözenek büyütücü kimyasal kullanılarak hazırlanan MCF sentezi gerçekleştirilmiştir. SBA-15 ve MCF destek maddeleri üzerine emdirme (imregnation) ve doğrudan (hidrotermal) sentez yöntemleri kullanılarak, seçici oksidasyon reaksiyonlarında birçok avantaja sahip olan V ve Ce metalleri karışık ve tekli olarak yüklenmiştir. Malzemelerin yapısal ve fiziksel özelliklerinin belirlenebilmesi amacıyla karakterizasyon çalışmaları yürütülmüştür. SBA-15 ve MCF malzemesinin karakteristik yapısını gösteren üç ana pik X-ışını kırınım desenlerinde görülmüş ve BET yüzey alanları 924 m2/gr ve 932 m2/g olarak bulunmuştur. SBA-15 malzemesinin N2 adsorpsiyon analizi sonucu bulunan gözenek çapı ve gözenek duvar kalınlığı ile MCF malzemesinin hücre ve pencere boyutlarının literatür ile tutarlı sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Emdirme yöntemi ile hazırlanan metal içerikli SBA-15 malzemelerinin XRD analizlerinde SBA-15 malzemesinin karakteristik üç ana pikinin korunduğu gözlemlenirken, doğrudan sentez yöntemi ile hazırlanan malzemelerde karakteristik pikler görülmemiştir. Emdirme yöntemi ile hazırlanan V-Ce karışık metal oksit içerikli SBA-15 malzemesinde CeVO4 kristal yapısına ait pikleri mevcuttur. SBA-15 ve MCF üzerine emdirme yöntemi ile hazırlanan malzemelerin yüzey alanı düşerken, doğrudan sentez yöntemi ile hazırlanan malzemelerin yüzey alanı değişmemiştir. Saf halleri ile karşılaştırıldığında, her iki destek madde kullanılarak, emdirme yöntemi ile hazırlanan katalizörlerin gözenek boyutlarının düştüğü, doğrudan sentez yöntemi ile hazırlanan katalizörlerin yaklaşık olarak değişmediği bulunmuştur.

Abstract:
In this study, V and Ce based mesoporous high surface area catalysts were synthesized. These types of catalysts are known as active catalysts for selective oxidation reactions such as selective oxidation reaction of propane to propylene. Mesoporous SBA-15 and MCF materials, which attracted the attention of researchers in recent years, due to their high surface area, controllable pore structure and thermal stability were used as catalyst supports. Synthesis conditions for SBA-15 were determined basing on the characterization results and reproducable samples were obtained. MCF material was synthesized by using a swelling agent which caused broadening in the pores of SBA-15. V and Ce metals (mixed or alone) were incorporated into SBA-15 and MCF supports by impregnation and direct one-pot synthesis procedures. Characterization studies were carried out to determine physical and structural properties of catalysts. XRD patterns of SBA-15 and MCF showed three peaks which characterized hexagonal structure of materials. Their BET surface areas were found as 924 m2/g and 932 m2/g, for SBA-15 and MCF, respectively. Pore diameter and pore wall thickness of SBA-15 material and cell and window sizes of MCF material were determined by nitrogen adsorption analysis. XRD patterns of V and Ce incorporated SBA-15 catalysts synthesized by the impregnation procedure showed the characteristic three peaks of SBA-15 structure. However, characteristic peaks were not observed in the XRD patterns of V and Ce incorporated SBA-15 catalysts prepared by direct one-pot synthesis procedure. CeVO4 peak was observed in the XRD pattern of V -Ce impregnated mixed metal oxide SBA-15 samples. No change in the surface area of SBA-15 and MCF was observed when one-pot direct synthesis procedure was used for incorporation of V and Ce into the support. But, a decrease in surface area was observed when impregnation technique was used both for SBA-15 and MCF. Pore sizes of the original SBA-15 and MCF were not effected much when V and Ce were incorporated by direct synthesis route, while a decrease in the pore sizes was observed when impregnation technique was used.