Tungsten ve nikel içerikli mezogözenekli alumina katalizörleri varlığında amonyaktan hidrojen üretimi
Production of hydrogen in ammonia in the presence of tungsten and nickel containing mesoporous alumina catalyst
Yazar: ZEHRA ÖZBEN
Danışman: PROF. DR. NURAY OKTAR ; PROF. DR. DİLEK VARIŞLI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Çalışma kapsamında amonyaktan sürdürülebilir temiz enerji taşıyıcısı hidrojen eldesinde yüksek katalitik aktiviteye sahip tungsten ve nikel içerikli mezogözenekli katalizörler sentezlenmiş ve aktivite çalışmaları yapılmıştır. Sol-jel yöntemi ile sentezlenen tungsten içerikli monometalik katalizörlere emdirme yöntemi ile farklı oranlarda nikel metali yüklenmiştir. Amonyaktan hidrojen eldesinde; katalizör yapısına yüklenen metal miktarlarının, reaksiyon sıcaklığının ve kullanılan ısıtma sisteminin katalizör aktivitesi üzerine etkisi incelenmiştir. Sentezlenen katalizörlerin katalitik aktivite çalışmaları konvensiyonel ve mikrodalga ısıtma sistemlerinde yürütülmüştür. Monometalik katalizörler arasında konvensiyonel ısıtma sisteminde 15W-Al2O3 katalizörü 750 oC'de %11 dönüşüm verirken 15Ni@Al2O3 katalizöründe 650 oC'de tam dönüşüm elde edilmiştir. Mikrodalga ısıtma sistemi kullanılarak gerçekleştirilen katalitik aktivite testlerinde ise reaksiyon için gereken ısının doğrudan katalizöre verilebilmesi ve mikrodalga enerjisi ile sıcak bölgelerin ('hot spot') oluşumu sayesinde 350 oC'de 15Ni@5W-Al2O3 katalizöründe tam dönüşüm elde edilmiştir. Ayrıca katalizörlerin yapısında oluşan Ni-W intermetalik fazının mikrodalga ısıtma sisteminde katalitik aktivite üzerine olumlu yönde etkilediği görülmüştür. Katalizörlere ait reaksiyon öncesinde XRD, SEM, XPS ve Azot adsorpsiyon/desorpsiyon analizleri gerçekleştirilerek malzemelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri analiz edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, tungsten and nickel-containing mesoporous catalysts with high catalytic activity were synthesized and their activity tests were carried out of sustainable, clean hydrogen production from ammonia. Tungsten-containing monometallic catalysts synthesized by the sol-gel method and nickel metal at different percentages were loaded into the support structure via impregnation method. In this study, the effect of the support material, the amount of metal loaded on the catalyst structure, the reaction temperature and the heating system used during the catalyst activity tests were investigated. The catalytic activities of the catalysts were carried out in the packed column continuous flow reactor system heated in both conventional and microwave-heated reactor system. Among the monometallic catalysts, 15W-Al2O3 catalyst in the conventional heating system achieved 11% conversion at 750 oC, while 15Ni@Al2O3 catalyst was obtained %99 conversion at 750 oC. In the catalytic activity tests of microwave heating system, complete conversion was achieved at 350 oC, thanks to the ability to give the heat required for the reaction directly to the catalyst, and the formation of hot spots ('hot spot') with microwave energy. Prior to activity tests, the syntesized catalysts were characterized by XRD, SEM, XPS and Nitrogen adsorption/desorption analyzes to determine the physical and chemical properties of the prepared materials.