Bakır içeren seçimli yüksek alkol sentez katalizörünün hazırlanması ve tanımlanması
Preparation and characterization of selective higher alcohol synthesis catalysts with copper content
Yazar: TUBA GÜRKAYNAK
Danışman: DOÇ.DR. İSMAİL BOZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2002
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Bakır = Copper ; Katalizörler = Catalysts ; Malahit = Malachita

Özet:
ÖZET Bakır İçeren seçimli Bir Yüksek Alkol Sentez Katalizörünün Hazırlanması ve Tanımlanması Alkoller direkt yakıt ve yakıtlarda katkı maddesi olarak yada yüksek oktan ve setan sayılı eter eldesinde ara ürün olarak kullanılırlar. Sentez gazından H2/CO yüksek alkol sentezi, özellikle isobutanol sentezi için katalizörler geliştirilmiştir. Bu çalışmada sentez gazından yüksek alkol sentezi için hazırlanan CuO/ZnO/Aİ203 (Co2O3/MgO) oksit katalizörlerine seçilen değişkenlerin etkisi incelenmiştir. Katalizör numuneleri metal nitratlarım ve NaOH/Na2CC>3 karışımı içeren iki ayrı çözeltiden birlikte çöktürme yöntemiyle hazırlanmıştır. Toplam Cu, Zn, Al oranlan daha önceden hazırlanmış metanol sentez katalizörleriyle aynı alınmıştır. Cû203/MgO oksit derişimleri için 2-8% w/w alt ve üst limit olarak seçilmiştir. Plackett Burman istatistiksel tekniği kullanılarak Co203/MgO oksit derişiminin ve çöktürme pH'sının etkisi incelenmiştir. Kurutulmuş numunelerin kristal yapı tayini X-Ray difraksiyon cihazı ile yapılmıştır. Difraktogramlar özellikle Kolwezite (Cu,Co)2(C03)(OH)2 ve Rosasit (Cu,Zn)2C03(OH)2 olmak üzere bir çok hidrokalsit yapısı içermektedir. pH 7'de hazırlanan örnekler keskin pikler vermiştir buda yüksek kristali niteye işaret eder. Birim gözedeki kristal boyutları Scherrer Denklemi kullanılarak hesaplanmıştır. Numunelerin indirgenebilirliği Sıcaklık Programlı İndirgeme (TPR) cihazi ile %10 H2 ve %90 N2 akışı altında 10°C/dak ile 700°C'ye kadar incelenmiştir. TPR profilleri CuO ve C03O4 ve/veya CoAl2O4'ın indirgendiğini gösterir. îlk pik 473 K-673 K arasında, ikinci pik ise 673 K'den 798 K'e kadar genişleyen bir piktir. pH 9'da hazırlanan numunelerin pH 7'de hazırlanan numunelere oranla daha kolay indirgenebildiği görülmüştür. Numunelerin termal gravmetrik (TGA) analizi 10°C/dak ile 800°C'ye kadar incelenmiştir. Hazırlanan numunelerin yüzey alanları BET yöntemi kullanılarak tayin edilmiştir. Yüksek alkol sentezi için hazırlanan katalizörlerin etkinlik ve seçimlilik testleri 30% CO, 60% H2, and 10% N2 sentez gazı karışımıyla diferansiyel modda çalışan sabit yataklı bir reaktörde atmosferik basınçta 250°C-300°C arasında yapılmıştır. Etkinlik testlerinin sonuçları online olarak çalışan bir gaz kromotografi cihazından alınmış ve bütün alkoller FID detektörü bulunan bir HP Innowax kolonunda analiz edilmiştir

Abstract:
SUMMARY Preperation and Characterization of Selective Higher alcoho Sythesis Catalysts with Cupper Content Alcohols can be directly used as fuels and fuel additivies or as intermediates to form high octane or high cetane ethers, catalysts have been improved to synthesize the higher alcohols, more selectively especially isobutanol from coal or natural gas-derived H2/CO synthesis gas. The effects of selected preparative variables on the performance of CuO/ZnO/Aİ2C>3 (CoaOyMgO) oxide catalysts during the conversion of synthesis gas to higher alcohols have been studied. Preparation of the catalysts involed co-precipitation from two solutions, one of which contained the metal nitrates and the other sodium corbonate. The overall ratios of Cu,Zn,Al were chosen to match the ratios reported for methanol synthesis catalysts. Co2C>3/MgO oxide concentration ranged between 2-8% w/w as of common oxides. Using the Plackett Burman statistical technique, the influence ofCo203/MgO oxide concentration and pH (co-precipitatied) was investigated. X-Ray diffraction was used to determine the crystallinity of the dried precursors and calcined samples before and after use in reaction. The diffractograms indicates varying amounts of the hydrotalcite phase especially Kolwezite (Cu,Co)2(C03)(OH)2 and rosasite (Cu,Zn)2C03(OH)2. The samples precipitated at pH 7 gave sharp peaks showing highly crystalline structure. The crystallite size was measured by using Scherrer Equation. The reducibility of the samples was also determined by temperature-programmed reduction with a heating rate of 10°C/min up to 700°C under %10 H2 and %90 N2 flow. The TPR traces for the catalyst corresponds to the reduction of CuO and C03O4 and/or C0AI2O4. The first is a large peak occurring between 473 K-673 K, the second feature is a plot extending from 673 K to 798 K,ascribed to the reduction of C03O4 and/or C0AI2O4. Samples prepared at pH 9 seem to be reducing more easily than samples at pH 7 Thermal Gravmetric Analysis was carried out on samples which were heated 10 °C /min to 800°C Surface areas of the calcined samples were determined by nitrogen adsorption at (BET Method) in a Quantochorome monobet apparatus. The activity and selectivity of the catalysts samples for the synthesis of higher alcohols from 30% CO, 60% H2, and 10% N2 cointaining synthesis gas mixture were determined in a differantial packed bed reactor at atmospheric pressure between 250°C and 300°C. The analysis of the activity results were taken from an online gas chromotograph and all alcohols were analyzed in a HP Innowax Coloum Equipment with FID detector and a Poraplat Q Coloumn attachec to a TCD. VI