Bimetalik katalizör sentezi, karakterizasyonu ve hidrodeoksijenasyon etkinliğinin incelenmesi
Synthesis and characterization of bimetallic catalyst, andinvestigation of hydrodeoxygenation efficiency
Yazar: SAMED ERGENEKON
Danışman: PROF. DR. ALİ SINAĞ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Biyokütle = Biomass ; Enerji = Energy ; Hidrodeoksijenasyon (HDO) = Hydrodeoxygenation (HDO) ; Katalizörler = Catalysts

Özet:
Son yüzyılda yaşanan teknolojik gelişmeler ve sanayileşmeyle birlikte enerji, insanlık için hiç olmadığı kadar önemli bir hale gelmiştir. Enerji üretiminde sürdürülebilirlik ve çevre hassasiyeti, dünyanın hem bugünü hem de yarını için çok önemlidir. Biyokütle ve biyo-yağlar temiz çevre ve sürdürülebilirlik bakımından yenilenebilir enerji kaynakları arasında önem arz etmektedir. Tez çalışması kapsamında, tungstenlenmiş zirkonya WOx-ZrO2 yapısı üzerine nikel ve paladyum metallerinin farklı oranlarda eklenmesiyle hazırlanan Ni-Pd / WOx-ZrO2 bimetalik katalizörünün biyo-yağa model olarak seçilen gayakol üzerindeki hidrodeoksijenasyon (HDO) etkinliği incelenmiştir. Destek malzeme üzerine eklenecek metallerin oranının Merkezi Birleştirilmiş Tasarım (Central Composite Design - CCD) kullanılarak belirlendiği çalışmada, 9 farklı nikel ve paladyum kombinasyonu deney seti olarak hazırlanıp ve hidrodeoksijasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Katı, sıvı ve gaz ürünlere çeşitli analizler uygulanarak katalizörün etkinliği hakkında bilgi edinilmiştir. Deney öncesi ve deney sonrası analizlerle katalizörün karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Elde edilen aktiflik ve seçicilik yanıtları için istatistiksel analizler yapılmıştır.  Bu tahmini analize göre seçicilik ve aktiflik yanıtlarının aynı anda en yüksek olduğu katalizörler D6 ve D8 deney kodlu olanlardır. D6 deney kodlu katalizörde nikel (%7,9) ve paladyum (%5) oranı ile sırasıyla %90 dönüşüm ve %95 seçicilik sonuçlarına ulaşılmış, D8 deney kodlu katalizörde nikel (%15) ve paladyum (2,2) oranı ile sırasıyla %91 dönüşüm ve %93 seçicilik sonuçlarına ulaşılmıştır. Dönüşüm ürünleri arasında baskın ürün siklohekzan olup D6 numune kodlu katalizör için siklohekzan seçiciliği %70 ve D8 numune kodlu katalizör için %72 şeklinde bulunmuştur. Siklohekzan bileşiği, yakıtların içten yanmalı motorlarda bıraktığı kurumların azaltılması, yakıtların yanma profillerinin düzenlenmesi, tutuşma sıcaklıklarının değiştirilmesi gibi konularda önem arz etmektedir. Hidrodeoksijenasyon etkinliği belirlenen katalizörler, yenilenebilir enerji kaynaklarının etkili kullanımı konusunda ve fosil yakıtların negatif etkilerinin azaltılması konusunda toplumsal yarar sağlayabilir.

Abstract:
With the technological developments and industrialization in the last century, energy has become more important for humanity than ever before. Sustainability and environmental sensitivity in energy production are highly critical for both today and tomorrow of the world. Biomass and bio-oils are important among renewable energy sources in terms of clean environment and sustainability. Within the scope of the thesis, the hydrodeoxygenation efficiency of Ni-Pd / WOx-ZrO2 bimetallic catalyst, which is prepared by adding nickel and palladium metals at different rates on the tungstated zirconia WOx-ZrO2 structure was investigated by using Guaiacol, which is selected as a model compound for bio-oil. In this study, the ratio of metals to be added to the support material was determined by using a central composite design (CCD), nine different nickel and palladium combinations were prepared as an experimental set and hydrodeoxygenation experiments were carried out. Efficiency results of the synthesized catalysts were obtained by conducting various analyzes on solid, liquid, and gaseous products. Characterization of the synthesized catalysts were performed before and after the HDO experiments. Statistical analyzes were performed for the responses obtained from activity and selectivity results. According to the predictive analysis, catalyst samples coded as D6 and D8 had the highest activity and selectivity responses at the same time. The catalyst which is named as D6, containing 7.9% nickel and 5% palladium, reached the result of 90% conversion and 95% selectivity, catalyst which is named as D8, containing 15% nickel and 2.2% palladium, reached 91% conversion and 93% selectivity results. Among the transformation products, the dominant product was cyclohexane and cyclohexane selectivity was found as 70% for the catalyst with sample code D6 and 72% for the catalyst with sample code D8. Cyclohexane compund is important in matters such as reducing the soot left by the fuels in the thermal combustion engines, regulating the combustion profiles of the fuels and changing the ignition temperatures. Catalysts, whose hydrodeoxygenation efficiency have been determined, have the ability to provide social benefits in terms of the effective usage of renewable energy sources and reducing the negative effects of fossil fuels.