Sıcak gazlardan H2S gidermek amacıyla CuO/mezo-gözenekli silika sorbentlerin geliştirilmesi
Development of CuO/mesoporous silica adsorbents for H2S removal from hot gases
Yazar: OĞUZ KARVAN
Danışman: PROF.DR. HÜSNÜ ATAKÜL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorbentler = Adsorbents ; Kükürt giderme = Desulfurization

Özet:
Bu çalısmada, bakır ve mezo-gözenekli silika malzemeler kullanılarak sıcak gazlardanH2S gidermek amacıyla sorbentler hazırlanmıstır. Sorbentlerin hazırlanmasında CuOaktif faz, mezo-gözenekli MCM-41 ve SBA-15 ise tasıyıcı malzemeler olarakkullanılmıstır. Çalısmada, CuO/MCM-41, CuO/SBA-15 ve CuO-SiO2 olmak üzerebaslıca üç tip sorbent malzemesi hazırlanmıstır. CuO/MCM-41, ve CuO/SBA-15 tipisorbentler, yas emdirme (wet impregnation), CuO-SiO2 tipi sorbentler ise ilk defa buçalısmada kullanılan yeni bir yöntem kullanılarak hazırlanmıstır. Bu yeni yöntemdenano-CuO tanecikleri tek adımlı bir sentez sürecinde silika yapıyla sokulmustur.Sorbent numuneleri, kükürt tutma?yenilenme sürecinden önce ve sonra X-ısınlarıkırınımı, azot adsorpsiyonu, yas yöntemler, TGA, H2-kimyasal adsorpsiyonu ve TEMgibi yöntemler kullanılarak karakterize edilmislerdir. Hazırlanan sorbentlerin sıcakgazlardan H2S giderme özellikleri, laboratuar ölçeğindeki sabit yatak tipi bir reaktörkullanılarak incelenmistir.Deneysel sonuçlar, CuO-SiO2 tipi sorbentlerin kapasite kullanım oranlarınındiğerlerinden daha yüksek olduğunu ortaya koymustur. Buna karsın, kapasite değisimiaçısından ise yas emdirme yöntemiyle hazırlanan sorbentler biraz daha üstündür.Kükürt tutma-yenilenme sürecinin, hazırlanan tüm sorbentlerin yapısında değisimlereneden olmaktadır. Sonuç olarak, mezo-gözenekli malzemelerin sıcak gazlardan kükürtgiderme sorbentlerinde tasıyıcı olarak kullanılabileceği görülmüstür. Çalısmalarsırasında, sentez asamasında mezo-gözenekli SBA -15'in yapısına CuO sokarak sorbentnumuneleri hazırlamak esasına dayanan yeni bir yöntem daha denenmis ancak istenenoranda CuO yüklenememistir. Bu nedenle bu yöntemle sorbent hazırlama çalısmalarınason verilmistir. Ancak, bu yöntemin, katalizörlerde olduğu gibi, çok daha düsükmiktarlarda Cu yüklemenin yeterli olduğu uygulamalar için kullanılmasının mümkünolabileceği düsünülmektedir.Anahtar Kelimeler: Kükürt giderme, Mezo-gözenek, Sorbent, Sıcak gazlar

Abstract:
In this study, sorbents were prepared by using copper and mesoporous silica materialsfor the H2S removal from hot gases. CuO was used as the active component andmesoporous MCM-41 and SBA-15 were used as the carrier materials. Three types ofsorbent were synthesized in the study. They were classified as CuO/MCM-41,CuO/SBA-15 and CuO-SiO2 type sorbents. CuO/MCM-41 and CuO/SBA-15 typesorbents were prepared by wet impregnation method. On the other hand, CuO-SiO2type sorbents were prepared by a new method which was developed in this study. In thismethod, nano sized CuO particles were doped into the silica material structure througha single step synthesizing process The fresh and sulfided sorbent samples werecharacterized by using X-ray diffraction (XRD), nitrogen adsorption, chemical analysis,thermal gravimetric analysis (TGA), H2-chemisorption and transmission electromicroscopic (TEM) imaging methods. The H2S removal characteristics of the sorbentsamples from hot gases were investigated by using a laboratory scale fixed bed reactor.Experimental results indicated that CuO-SiO2 type sorbents have higher capacity usageratios than the others. On the other hand, the breakthrough point sulfur capacities ofsorbents prepared by wet impregnation, appeared to be relatively less prone to thesulfidation-regeneration cycles. Sulfidation-regeneration processes caused changes in thestructure of the sorbents. It could be claimed, that mesoporous materials are convenientto be used as carrier materials for hot gas desulfurization sorbents. In the study, asecond new method, based on modifying the synthesis process of SBA-15, was developedand tested to synthesize sorbent by introducing CuO in to the structure of SBA-15. Themethod did not allow to introduce CuO enough to prepare a material that can be usedfor the removal of H2S from gases and thus was discarded. The test results, howeverindicated that, the method can be used to prepare materials with low CuO percentage,such as catalysts.Keywords: Desulfurization, Mesoporous, Sorbents, Hot gases