Çeşitli katalizörlerin hidrotermal biyokütle dönüşümünden elde edilen gaz fazın verimine ve bileşimine etkisinin incelenmesi
Investigation of the catalytic effect of various catalysts on the yield and the composition of gaseous products obtained from the hydrothermal conversion of biomass
Yazar: MUSTAFA KARATOK
Danışman: PROF. DR. MUAMMER CANEL
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyokütle = Biomass ; Hidrojen = Hydrogen

Özet:
Bu çalışmada birçok gerçek biyokütlenin yapısında bulunan selülozun hidrotermal yöntemle bozunmasından elde edilen gaz fazın içeriği yanında Na2CO3, ZSM-5, kırmızı çamur ve silika destekli nikel katalizörlerinin elde edilen bu gaz fazın verimine ve bileşimine etkisi incelenmiştir. 350 °C'de kritik altı koşullarda yapılan deneylerin yanında sıcaklığın parçalanmaya etkisini bulabilmek amacıyla aynı deneyler 200 °C ve 275 °C'de tekrar edilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda elde edilen en fazla hidrojen miktarı belirlenmiş ve bu deney şartları, gerçek bir atık biyokütle olan pirinaya da uygulanmıştır. Model biyokütle olarak selülozun yanında selülozun monomeri olan glikoz da kullanılmıştır. Böylece selülozun parçalanma yolunun gaz ürünlere etkisi de ortaya konmuştur. Hidrotermal dönüşüm sonucu elde edilen gaz ürünlerin analizi mikro GC analiz cihazıyla yapılmıştır. Gaz ürün oluşumuyla ilgili yapılan yorumları desteklemek amacıyla, optimum şartlarda yapılan deneylerden elde edilen sıvı faza TOC analizi, katı faza da elementel analiz yapılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda silika destekli nikel katalizörünün hidrotermal biyokütle dönüşümünden elde edilen hidrojen miktarını büyük ölçüde artırdığı görülmüştür. Yapılan bu çalışma, kullanım alanı kısıtlı olan atık durumdaki biyokütlelerden temiz bir enerji kaynağı olan hidrojen elde edilmesi açısından oldukça önemlidir.

Abstract:
In this study, it is investigated the yield and the composition of gaseous products obtained from the hydrothermal conversion of cellulose that is found in various real biomasses. Besides, the effect of Na2CO3, ZSM-5, red mud and nickel on silica catalysts on the gas yield and the composition of gaseous products is also studied. Experiments are conducted at 350 °C under sub-critical conditions and additional experiments are replicated at 200 °C and 275 °C on the purpose of observing the effect of the temperature on the degredation of biomass. As a result of experiments, the highest amount of hydrogen is obtained and the same experimental conditions are applied to olive bagasse which is a real waste biomass. In addition with cellulose, glucose which is the monomer of cellulose is used as a model biomass. Thus, it is demonstrated the effect of degredation pathway of cellulose on the gaseous products. The analysis of gaseous products obtained from hydrothermal conversion was conducted via micro-GC analysis device. TOC analysis and elemental analysis are performed on the liquid and solid phase obtained from experiments conducted under optimal conditions, respectively, to support the explanation about formation of gaseous products. It is observed that the nickel on silica catalysts increases the amount of hydrogen obtained from hydrothermal biomass conversion dramatically. The present experiment contributes the research on obtaining hydrogen, which is a clean energy source, from real biomass waste and have limited area to use.