Rutenyum bazlı silika katalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve hidrojen sentez çalışmaları
Synthesis and characterization of ruthenium based silicate catalysts and studies on hydrogen synthesis
Yazar: EKREM EMRE ELVERİŞLİ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. DİLEK VARIŞLI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Amonyak = Ammonia ; Rodyum = Rhodium

Özet:
Hidrojen sahip olduğu yanma özellikleri nedeniyle önemli bir temiz alternatif enerji kaynağı olarak düşünülmektedir. Bu çalışmada, amonyaktan yüksek verimle hidrojen üretmek için Rutenyum-silikat temelli nanokompozit yapıda gözenekli katalizörlerin doğrudan hidrotermal sentez yöntemi ile sentezi; TGA-DTA, XRD, N2 Fizisorpsiyon, HRTEM, SEM-EDX teknikleri ile karakterizasyon çalışmaları ve sabit yataklı sürekli akış reaktöründe aktivite testleri gerçekleştirilmiştir. Katalizörlerin hazırlanmasında farklı silika kaynağı kullanımı, rutenyum yükleme miktarının değiştirilmesi ve düzenleyici eklenmesi şeklinde çeşitli parametreler incelenmiştir. Aktif metallerin yapı içerisinde dağılımının, yüksek yüzey alanının ve KOH'in düzenleyici olarak kullanımının katalizörlerin amonyak dönüşmündeki aktivitesini arttırdığı sonucuna varılmıştır. Yüksek amonyak akış hızında (300ml/dak) yapılan deneylerde, Ru/Si mol oranı 0.060 olarak hazırlanan rutenyum-silikat katalizörü ile 500oC reaksiyon sıcaklığında %86 dönüşüm elde edilmiştir. Düzenleyici kullanımının, düşük miktarda rutenyum içeren katalizörlerin aktivitelerinin yükselmesini sağladığı görülmüştür. Ru/Si mol oranı 0.010 olacak şekilde düzenleyici içermeyen katalizör ile 500oC'de ihmal edilebilir bir dönüşüm alınırken, düzenleyici içeren ile 500oC'de %33, 600oC de ise %73 dönüşüm elde edilmiştir. Aktivite deneyleri 60 ml/dak ve 5 ml/dak olmak üzere daha düşük akış hızlarında tekrarlanmış ve Ru/Si mol oranı 0.010 olacak şekilde düzenleyici kullanılarak hazırlanan katalizörün 5ml/dk akış hızında 400oC'de % 80 üzeri aktiviteye ulaştığı görülmüştür. Nikel ile birlikte hazırlanan düşük yüklemeli rutenyum içerikli katalizörlerin yüksek akış hızında 600oC'de %91 değerinde oldukça yüksek aktivite verdiği belirlenmiştir. Doğrudan hidrotermal sentez yöntemi ile Rodyum-Silikat temelli katalizörler de hazırlanmış ve yapılan aktivite testleri sonucunda yüksek amonyak akış hızında Rh/si mol oranı 0.015 olan katalizör ile 600oC'de % 70 üzeri dönüşüm elde edilmiştir.

Abstract:
Hydrogen is consedered being a clean alternative energy source due to its superior properties. In this study Ruthenium-silicate based nanocomposite structured catalysts were prepared by direct hydrothermal synthesis procedure, characterized TGA-DTA, XRD, N2 Physisorption, HRTEM, SEM-EDX techniques and their activites were tested in fixed bed flow reactor. In the preparation of the catalysts, different parameters such as different silicate sources, different ruthenium loading amount and the addition of promoter were investigated. Distribution of active metals throughout the catalysts structure, high surface area and usage of KOH as a promoter enhanced the activities of catalysts for ammonia decomposition reaction. Experiments carried out under the high flow rate of ammonia (300ml/min) presented that 86% ammonia conversion was obtained at 500oC over the catalyst having Ru/Si molar ratio of 0.060. Using promoter in the prepation of catalyst enhanced the activity of the catalyst especially for the one prepared at low ruthenium loading. While the catalyst that was prepared without promoter at a Ru/Si molar ratio of 0.10 gave negligible activity at 500oC, the one prepared with promoter gave 33% conversion at 500oC and 73% at 600oC. Experiments were also repeated with lower feed flow rate values of ammonia such as 60 ml/min and 5 ml/min. It was seen that catalysts prepared with promoter at a Ru/Si molar ratio of 0.010 gave conversion values over 80% at 400oC under the feed flow rate of 5ml/min. Bimetallic catalysts that contained nickel and ruthenium gave 91% conversion at 600oC under the high ammonia feed flow rate (300ml/min). Direct hydrothermal synthesis procedure was also applied for the synthesis of Rhodium-silicate based catalysts and results of activity studies presented that the catalyst having Rh/Si molar ratio of 0.015 gave conversion over 70% at 600oC under 300ml/min of ammonia flow.