Metanın toplam oksidasyon reaksiyonunda LaNiMO3 (M=Mn, Co, Cu, Ag) perovskit katalizörlerinin aktivitelerinin incelenmesi
Investigation of activities of LaNiMO3 (M=Mn, Co, Cu, Ag)perovskite catalysts for total oxidation of methane
Yazar: ESRA BULAGAY
Danışman: DOÇ. DR. FİLİZ DEREKAYA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada farklı metal içerikli LaNi0.5M0.5O3 (M=Ag, Cu, Co, Mn) perovskit katalizörlerinin sentezi, karakterizasyonu ve metanın toplam yanma reaksiyonları için aktivite çalışmaları gerçekleştirilmiştir. LaNi0.5M0.5O3 (M=Ag, Cu, Co, Mn) perovskit katalizörleri hem birlikte çöktürme yöntemi ile hem de Pechini sol-jel yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Sentezlenen katalizörlerin karakteristik özelliklerini belirlemek için X-ışını kırınımı, N2 adsorpsiyon/desorpsiyon, elektron mikroskopisi (SEM ve HRTEM), Endüktif eşleşmiş plazma optik emisyon spektrometresi (ICP-OES) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) karakterizasyon teknikleri uygulanmıştır. Karakterizasyon analizleri sonucunda; katalizörlerin kristal fazları, ortalama kristal boyutları, N2 adsorpsiyon/desorpsiyon izotermleri, gözenek hacim değerleri, ortalama gözenek çapları, yüzey alanları, yüzey topografyası, katalizör faz yapısında bulunan bileşenlerin oranı, elementel kompozisyon ve elementlerin oksidasyon halleri ile ilgili sonuçlar elde edilmiştir. X-ışını kırınım deseni katalizörlerde NiO, La2O3, MnO, Co3O4, CuO ve metalik Ag  kristal fazlarının oluştuğunu göstermiştir. En şiddetli piklerden hesaplanan ortalama kristal boyutu değerlerinden her iki yöntemle hazırlanan LaNi0.5Mn0.5O3 katalizörünün diğer katalizörlere göre daha yüksek ortalama kristal boyutuna sahip oldukları belirlenmiştir. Ortalama gözenek çapları genel olarak katalizör yapılarının %50' den fazlasını mikro+mezo gözeneklerin oluşturduğunu göstermiştir. BET çok noktalı yüzey alan sonuçları incelendiğinde ise hazırlama yöntemi açısından karşılaştırma yapıldığında birlikte çöktürme yöntemi ile hazırlanmış katalizörlerde daha yüksek yüzey alanları elde edilmiştir. Katalizörlerin katalitik aktiviteleri metanın toplam oksidasyonu reaksiyonu için 300-800oC sıcaklık aralığında gerçekleştirilmiştir. Metanın toplam oksidasyonu reaksiyonu O2 ile ön işlem yapmadan ve 1 saat boyunca oda sıcaklığında O2 ile ön işlem yapılarak gerçekleştirilmiştir. En iyi katalitik aktiviteyi O2 ile ön işlem uygulanmış birlikte çöktürme yöntemiyle sentezlenmiş Mn katkılı LaNi0.5Mn0.5O3 katalizörü göstermiştir. LaNi0.5Mn0.5O3 katalizörü metanın toplam oksidasyonu reaksiyonu için ön işlem olmadan 560oC'de %50 dönüşüm verirken, ön işlem uygulanmış olarak 557oC'de %50 dönüşüm vermiştir.

Abstract:
In this study, synthesis and characterization of different metal-containing LaNi0.5M0.5O3 (M = Ag, Cu, Co, Mn) perovskite catalysts and activity studies for total oxidation reaction of methane were carried out. Catalysts containing LaNi0.5M0.5O3 (M = Ag, Cu, Co, Mn) were synthesized using both the co-precipitation method and the Pechini sol-gel method. X-ray diffraction, N2 adsorption/desorption, electron microscopy (SEM and HRTEM), inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) characterization techniques were applied to determine the characteristics of the synthesized catalysts. As a result of the characterization analysis; analysis of the crystal phases of catalysts, average crystal sizes, N2 adsorption / desorption isotherms, pore volume values, average pore diameters, surface areas, surface topography, ratio of components in the catalyst phase structure, elemental composition and oxidation states of the elements were made. X-ray diffraction patterns showed that NiO, La2O3, MnO, Co3O4, CuO and Ag crystal phases were formed in catalysts. It was determined that LaNi0.5Mn0.5O3 catalyst prepared by both methods from the average crystal size values calculated from the most severe peaks had higher average crystal size compared to other catalysts. Average pore diameters have shown that more than 50% of catalyst structures are generally composed of micro + meso pores. When the BET multi-point surface area results are examined, and comparison is made in terms of the preparation method, higher surface areas were obtained in the catalysts prepared by co-precipitation method. Catalytic activities of catalysts were carried out in the temperature range of 300-800oC for the total oxidation reaction of methane. The total oxidation reaction of methane was carried out without pre-treatment with O2 and pre-treatment with O2 at room temperature for 1 hour. Mn doped LaNi0.5Mn0.5O3 catalyst, synthesized by co-precipitation method, showed the best catalytic activity. While LaNi0.5Mn0.5O3 catalyst gave 50% conversion at 560oC without pretreatment for the total oxidation reaction of methane, it gave %50 conversion at 557oC with pretreatment.