Karbon destek üzerine molibden yüklü nanokatalizörlerle mikrodalga ortamında cox içermeyen hidrojen üretimi
Microwave assisted cox-free hydrogen production over carbon supported molybdenum nanocatalysts
Yazar: MELİH GÜLER
Danışman: DOÇ. DR. DİLEK VARIŞLI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında, karbon destekli molibden içerikli katalizörler sentezlenerek mikrodalga ortamında, amonyaktan COx içermeyen yüksek saflıkta hidrojen eldesi çalışılmıştır. Karbon içerikli malzemeler (mezogözenekli karbon, karbon nanotüp ve karbon nanofiber) sahip oldukları yüksek mikrodalga tutucu özellikleri nedeniyle destek maddesi olarak seçilmiş olup, ıslak emdirme yöntemiyle ağırlıkça 4.4-12.5 % Mo içeren katalizörler sentezlenmiştir. Aktivite testleri içerisine quartz reaktörün yerleştirildiği mikrodalga cihazı içeren reaksiyon sisteminde saf amonyak akısı altında (36,000 ml/gkat.saat) gerçekleştirilmiş, sonuçların kıyaslanması amacıyla aynı deney koşullarında reaktörün sıcaklık kontrollü yatay tup fırın içerisine yerleştirildiği konvansiyonel reaksiyon sisteminde deneyler yapılmıştır. Katalizör yapısında kalsinasyon sonrası gözlenen molibden oksit kristalleri, indirgeme işlemi sonrasında metalik molibdene dönüşmüştür. Hazırlanan katalizörlerle konvansiyonel sistemde 500°C sıcaklığın altında amonyak dönüşümü ihmal edilir düzeydeyken, mikrodalga sisteminde 250°C sonrasında amonyak dönüşümü ve sıcaklığın bir miktar arttırılması ile toplam donuşum rahatlıkla gözlenmiştir, örneğin mezogözenekli karbon destekli kütlece %10 molibden yüklü Mo@MC(10) katalizörü 400°C toplam dönüşüme ulaşmıştır. Mikrodalga sisteminde enerjinin aktif bileşenlere direk gönderilmesi ve reaksiyon için gereken ısının gerektiği bölgelerde oluşturulması, böylelikle ısı transferi sırasındaki kayıpların önlenmesi, hacimsel ve seçici ısıtmanın sağlanması ve mikroplazma (sıcak nokta) oluşumları mikrodalga sistemlerde düşük sıcaklıklarda yüksek donuşum elde edilmesinin önemli nedenleri arasında görülmektedir. Konvansiyonel sistemden farklı olarak mikrodalga sistemde kullanılan katalizörlerin yapısında Mo2C oluşumunun gerçekleştiği, bu durumun ise aktivitenin artmasına yol açtığı ortaya konulmuştur.

Abstract:
In this thesis, hydrogen production from ammonia was studied in a microwave heating system over the molybdenum incorporated carbon supported catalysts. Carbon-containing materials (mesoporous carbon, multi walled carbon nanotube, carbon nanofiber) have been used as the support material due to its high microwave retention. Molybdenum nitrate tetra hydrate has been used as the metal precursor. Catalysts were synthesized at different metal loading rates by wet impregnation method. All activity tests were performed under fixed bed quartz reactor with a flow rate of 60 ml/min of pure ammonia and using 0,1 g of catalyst in each experiment. While the ammonia conversion in the conventional system with the prepared catalysts below 500°C was negligible, the total conversion was easily observed with the ammonia conversion in the microwave system after 250°C and a slight increase in the temperature. For example, at microwave system, reaction with 10 %wt molybdenum charged Mo@MC(10) catalsyt reached total conversion at 400°C temperature. In the microwave system, direct transmission of energy to the active components and formation of the heat required for the reaction in the regions where the heat is required, thus preventing loss during heat transfer, providing volumetric and selective heating, and microplasma (hot spot) occurrences are seen as important reasons for obtaining high transformations at low temperatures in microwave systems. Stability tests studied at microwave system for 10 hours with each different supported material catalysts, there are no catalyst degradation observed and no decrease of ammonia conversion. When the catalysts used after the reaction study are examined, unlike the conventional system, Mo2C formation is realized in the structure of the catalysts with the effect of microwave usage and this situation leads to an increase in activity.