Vanadyum alüminyum sütünlu kil katalizörlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of vanadium aluminum pillared clay
Yazar: AYLİN TECİMER
Danışman: PROF. DR. SUNA BALCI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Sütunlu killer yüksek yüzey alanı ve kontrollü gözenek yapılarından dolayı katalizör desteği olarak kullanım alanlarına sahiptir. Alüminyum ile sütunlandırılmış killer (Al-sütunlu kil) termal dayanıklı yapıya sahip olmakla birlikte katalitik uygulamalarda yeterince aktiflik göstermemektedir. Al-sütunlu kilin katalitik aktivitesi uygun metal bileşiğinin yapıya yerleştirilmesiyle arttırılabilir. Bu çalışmada bentonit kil minerali kullanarak ?Baz(OH)/Metal(Al)? oranı 2,0 olarak tutulan alüminyum sütunlu kil, katalizör desteği olarak üretilmiştir. Vanadil sülfat hidrat (VOSO4xH2O) veya sodyum metavanadat (NaVO3) ile ıslak emdirme, ıslak emdirme sonrasında yıkama ve emdirme yöntemleri kullanılarak iki farklı miktarda vanadyum, aktif bileşen olarak 3000C'de kalsinasyonu yapılmış Al-sütunlu kile yüklenmiştir. Vanadyumun yüklenmesi Al-sütunlu kile ait XRD pik şiddeti ve bazal aralık değerinde azalmaya yol açmıştır. Azot adsorpsiyon desorpsiyon çalışması, en yüksek yüzey alanının Al-sütunlu kilden sonra, emdirme yöntemi ile NaVO3 yüklenmiş ve 300ºC'de kalsine edilmiş ve en düşük yüzey alanının ıslak emdirme ile NaVO3 yüklenmiş ve 500ºC'de kalsine edilmiş örneklerde gözlendiğini göstermiştir. EDS analizi sütunlandırma ile ham kile göre Al2O3/SiO2 oranında artış olduğunu göstermiştir. NaVO3 yüklemesi diğer vanadyum kaynağına göre daha yüksek V2O5/SiO2 oranı vermiştir. TEM analizinde Al-sütunlu kilin katmanlı yapısı ve bu katmanların arasına ve kil tanecikleri üzerine vanadyum parçacıklarının yerleştiği gözlenmiştir. Örneklerin TGA/DTA analizlerinde oda sıcaklığı ile 3000C aralığında hızlı bir su kaybı, sonra kütle kaybında azalma ve 900ºC'de dehidroksilasyon ile katı-katı faz reaksiyonu gözlenmiştir. XPS sonucu ile vanadyum yapıya 2p3/2 orbitali ile bağlandığı bulunmuştur. FTIR sonuçlarında V-O-Al ve V-O-Si bantlarının ve tüm örneklerde Bronsted ve Lewis asit merkezlerinin varlığı gözlenmiştir.

Abstract:
Pillared clays have area of usage as catalyst support due to high surface area and controlled pore structure. Although pillared clays that pillared with aluminium (Al-pillared clay) have thermal stability, they aren?t show enough activity in the cataliytic applications. Catalytic activity of the Al-pillared clays can be improved by the incorporation of appropriate metal compound to the structure. In this study, by using bentonite clay mineral and keeping the ?base(OH)/metal(Al)? ratio as 2,0 aluminium pillared clay was produced as support. By use of vanadyl sulphate hydrate (VOSO4xH2O) or sodium metavanadate (NaVO3), and wet impregnation, washing after wet impregnation and impregnation methods, vanadium in two different amount of was loaded as active compound to the Al-pillared clay that calcined at 3000C. Loading of vanadium caused decreases in the XRD peak intensity and the basal spacing belonging Al-pillared clay. The nitrogen adsorption/desorption study showed that, the highest surface area after Al-pillared clay, was observed for NaVO3 loaded by impregnation and calcined at 3000C and the lowest surface area was observed for NaVO3 loaded by wet impregnation and calcined at 5000C. The EDS analysis showed the rise in, Al2O3/SiO2 ratio relative to raw clay. The NaVO3 loading resulted higher V2O5/SiO2 ratio than the other vanadium source did. The layered structure of Al-PILC and the placement of vanadium particles between these layers and onto the clay particles? surface were observed in the TEM analyses. Fast dehydration and mass loss within the room temperature and 3000C temperature range, then decreases in mass loss and solid-solid reaction with hydroxylation at 900º C was observed in TGA/DTA analyses of samples. With XPS that vanadium is binding with 2p3/2 orbital were observed. The consistence of V-O-Al and V-O-Si bonds and Bronsted and Lewis acid centers were observed in FTIR results.