Raney-gümüş katalizörün hazırlanmasında ekstraksiyon kinetiğinin incelenmesi
Investigation of leaching kinetics in preparation of raney-silver catalyst
Yazar: İNCİ UYGUN SALT
Danışman: PROF.DR. SELAHATTİN GÜLTEKİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2000
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Katalizörler = Catalysts ; Katı-sıvı etkileşimi = Solid-liquid interaction ; Raney-gümüş katalizörü = Raney-silver catalyst ; Özütleme = Extraction

Özet:
ÖZET Raney-Ag, özellikle elektrokatalizör olarak hidrojen-oksijen yakıt pillerinde katod yapımında kullanılmaktadır. Bir Raney-metal katalizör olan Raney-Ag derişik sodyum hidroksit çözeltisi ile Raney Ag-Al (ağırlıkça %50:50) alaşımdan alüminyumun katı-sıvı ekstraksiyonu ile hazırlanır. Raney Ag-Al alaşımdaki alüminyumun sodyum hidroksitle katı-sıvı ekstraksiyonu, aynı zamanda sıvı-katı katalitik olmayan bir reaksiyondur. Bu çalışmada, Raney Ag-Al alaşımdan alüminyumun sabit alkali konsantrasyonunda (%25' lik NaOH) katı-sıvı ekstraksiyonunun kinetiği, reaksiyon karışımındaki alüminyum miktarının artışı izlenerek incelenmiştir. Deneyler dp< 45u, dp= 53-75u, dp= 90-125 u. ve dp = 125-150 u. ortalama tanecik boyutlannda Raney Ag-Al alaşım kullanarak 10, 25, 35 ve 50°C sıcaklıklarda ve kanştırmalı kesikli bir reaktörde gerçekleştirilmiştir. Yüksek karıştırma hızında çalışılarak dış kütle aktarım direnci ortadan kaldırılmıştır. Sıcaklığın artışıyla katı-sıvı ekstraksiyon hızmm arttığı gözlenmiş ve dış ve iç kütle aktarım sınırlamasının olmadığı başlangıç koşullarında katı-sıvı ekstraksiyonun aktivasyon enerjisinin 52-60 kJ/mol aralığında olduğu belirlenmiştir. Yüksek sıcaklıklarda tanecik boyutunun etkili olmadığı görülmüştür. 90-125 \x ortalama tanecik boyutu için Raney Ag-Al' un ve 25 °C de katı-sıvı ekstraksiyon işleminden sonra elde edilen Raney-Ag' ün yüzey alanı ölçümleri karşılaştırılmış ve yüzey alanının 0.52 ± 0.05 m2/gr' dan 7.4 ±0.1 m2/gr' a arttığı gözlenmiştir. Deneysel verilere zincir dallanmayı en yavaş adım kabul eden Prout-Tompkins modeli uygulanmıştır. Reaksiyon hız katsayısı k' nın da, zamanın karesiyle ters orantılı olarak değiştiği kabul edilerek ve deneysel hatalar gözönünde bulundurularak model denkleminin, Raney Ag-Al alaşımdan alüminyumun sodyum hidroksit çözeltisiyle ekstraksiyonuna uygun olduğu belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Raney-Ag katalizör, Raney Ag-Al alaşım, katı-sıvı ekstraksiyon vın

Abstract:
ABSTRACT Raney-Ag is particularly used as an electrocatalyst in producing cathodes for hydrogen- oxygen fuel-cells. Raney-Ag, a Raney-metal catalyst, is prepared by leaching out aluminum from Raney Ag-Al (50:50 % wt) alloy with concentrated sodium hydroxide solution. At the same time, the leaching out of aluminum in Raney Ag-Al alloy with sodium hydroxide solution is a liquid-solid noncatalytic reaction. In this study, the kinetics of leaching of aluminum from Raney Ag-Al alloy had been investigated by following the increase of the amount of aluminum in the reaction mixture at a constant alkaline concentration (sodium hydroxide solution, 25 %). Experiments were carried out in a stirred batch reactor at the different temperatures (i.e., 10, 20, 35 and 35°C) using the different sizes of the alloy particles, i.e. those less than 45ji, 53 to 75 \i, 90 to 125 u and 125 to 150 u. External mass transfer resistance was eliminated by running at high stirring speed. It was observed that the rate of leaching increased with the increasing of temperature and at the initial conditions in which no limitation of external and internal mass transfer were present/The activation energy of the leaching was ranged between 52-60 kJ/mol. At high temperatures, it was observed that particle size did not have any effect on leaching rate. For the average particle size, 90 to 125 u, the fresh surface area of Raney Ag-Al was compared with the surface area of Raney-Ag obtained after leaching at 25 °C, and it was observed that the surface area increased from 0.52 ± 0.05 m2/gr to 7.4 ±0.1 m2/gr. Prout-Tompkins' s model which assumed that chain-branching is the slowest step was applied to the experimental data. By assuming that the reaction rate constant is also changed as inversely proportional to the square of time, it was determined that the model equation is suitable for the leaching out of aluminum from Raney Ag-Al alloy with sodium hydroxide solution, within the experimental mistake. Keywords: Raney-Ag catalyst, Raney Ag-Al alloy, leaching. IX