NİKEL İÇERİKLİ TUD-1 VE Al-TUD-1 DESTEKLİ KATALİZÖRLERİN SENTEZİ, KARAKTERİZASYONU VE HİDROJEN ÜRETİM ÇALIŞMALARINDA PERFORMANSLARININ BELİRLENMESİ
Synthesis, characterization and determination of catalytic performance of nickel-based TUD-1 VE Al-TUD-1 catalysts in hydrogen production
Yazar: MERVE ORUÇ
Danışman: PROF. DR. KIRALİ MÜRTEZAOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Artan enerji tüketimi yanı sıra petrol rezervlerinin her geçen gün azalması ve ekolojik endişeler alternatif enerji kaynaklarına yönelmeyi gerektirmektedir. Gerçekleştirilen yüksek lisans tez çalışması kapsamında biyokütle kaynaklı asetik asitten reformlama reaksiyonu ile hidrojen üretiminde katalizör olarak kullanılmak üzere yüksek ve kararlı bir katalitik aktiviteye sahip, kok oluşumuna dirençli ve özgün Ni içerikli TUD-1 ve Al-TUD-1 destekli katalizörler sentezlenmiştir. Hazırlanan silika esaslı Ni içerikli katalizörlerin yapısal ve fiziksel özelliklerinin belirlenebilmesi amacıyla XRD, N2 adsorpsiyon-desorpsiyon, ICP-MS ve Pridin-DRIFT analizleri gerçekleştirilmiştir. Tez çalışması kapsamında silika esaslı destek malzemesi yapısına farklı molar oranlarda Al ilavesinin, farklı katalizör sentez yöntemleri ile hazırlanmış Ni içerikli katalizörlerin ve reaksiyon sıcaklığı gibi parametrelerin asetik asit su buharı reformlama reaksiyonu ve katalizör aktivitesi üzerine etkileri incelenmiştir. Sentezlenen katalizörlerin katalitik aktivite testleri konvansiyonel sistemle ısıtılan dolgulu kolon sürekli akış reaktör sisteminde yürütülmüştür. Katalizörlerin farklı reaksiyon sıcaklıklarında gerçekleştirilen katalitik aktivite çalışmalarında düşük sıcaklıkta hidrojen seçiciliğinin arttığı görülmüştür. Tek-kap sentez yöntemi ile hazırlanmış katalizörlere ait katalitik aktivite test sonuçlarının emdirme yöntemiyle hazırlanmış katalizörlere ait test sonuçlarına göre daha yüksek hidrojen seçiciliği vermişlerdir. 650oC sıcaklıkta yürütülen katalitik aktivite test çalışmaları sonucunda 5Ni@TUD-1, 5Ni/TUD-1 ve Si/Al molar oranı 10 olan 5Ni/Al-10TUD-1 katalizörlerinin asetik asit buhar reformlama reaksiyonunda yüksek hidrojen verimi (hidrojen seçicilikleri sırasıyla 2,88, 2,89 ve 2,96) ve kararlı aktivite gösterdikleri gözlemlenmiştir. Reformlama reaksiyonlarında kullanılan katalizörlerin reaksiyon sonrası TGA-DTA analizleri gerçekleştirilmiş ve reaksiyon sonucunda oluşabilecek muhtemel karbon analiz edilmiştir. En yüksek hidrojen verimine ve kararlılığa sahip katalizörler içerisinde en düşük kok oluşumu (%32) tek-kap sentez yöntemi ile hazırlanmış 5Ni/Al-10TUD-1 katalizöründe gözlemlenmiştir. Gerçekleştirilen yüksek lisans tez çalışması sonucu sentezlenen katalizörler ile yüzey aktif madde içermeyen çevre dostu ve ekonomik katalizörler varlığında asetik asit buharlı reformlanma reaksiyonunda alternatif yakıt olarak kullanılabilecek hidrojen üretimi gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Alongside decreasing oil reserves, increasing energy consumption and ecological concerns require turning to alternative energy sources. In the frame of this master's thesis study, TUD-1 and Al-TUD-1 supported catalysts with a high and stable catalytic activity, coke formation resistant and original Ni content were synthesized so as to be used as a catalyst in hydrogen production via reforming reaction from acetic acid from biomass. In order to specify the structural and physical properties of the prepared silica-based Ni-containing catalysts, XRD, N2 adsorption-desorption, ICP-MS and Pridin-DRIFT analyses were performed. Within the scope of the thesis study, the effects of the addition of Al in different molar ratios to the silica based support material structure, Ni-containing catalysts which were prepared with different catalyst synthesis methods and parameters such as reaction temperature on acetic acid water vapor reforming reaction and catalyst activity were investigated. The catalytic activity tests of the synthesized catalysts were carried out in the filled column continuous flow reactor system heated by the conventional system. In catalytic activity studies that were carried out at different reaction temperatures of the catalysts, it was observed that hydrogen selectivity increased at low temperature. The catalytic activity test results of the catalysts prepared by the single-pot synthesis method resulted in higher hydrogen selectivity than the test results of the catalysts prepared by the impregnation method. As a result of the catalytic activity test studies conducted at 650oC, high hydrogen efficiency (hydrogen selectivity of 2,88, 2,89 and 2,96 respectively) of 5Ni@TUD-1, 5Ni/TUD-1 and 5Ni/Al-10TUD-1 catalysts with Si / Al molar ratio of 10 and they were observed to show stable activity. Post-reaction TGA-DTA analyses of the catalysts used in the reforming reactions were carried out and the possible carbon that may occur as a result of the reaction was analysed. The lowest coke formation (32%) among the catalysts with the highest hydrogen produced and stability was observed in the 5Ni/Al-10TUD-1 catalyst prepared by the single-pot synthesis method. In the presence of environmentally friendly and economical catalysts which do not contain surfactants and synthesized catalysts as a result of the current study, hydrogen was produced that can be used as an alternative fuel in acetic acid vapor reforming reaction.