Sodyum borhidrür ve sodyum amidoborandan hidrojen üretimi koşulları
Hydrogen production conditions from sodium borohydride and sodium amidoborane
Yazar: MERYEM SENA AKKUŞ
Danışman: PROF. DR. GÖKSEL ÖZKAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Dehidrojenasyon = Dehydrogenaration

Özet:
Son yıllarda kimyasal hidrojen depolama malzemeleri içinde mükemmel özelliklerinden dolayı bor içeren malzemeler üzerine çalışmalar yoğunlaşmıştır. Bunlardan biri metal bor hidrürlerden sodyum borhidrür (NaBH4, kütlece % 10,8 H2) ve diğeri metal amin boranlardan sodyum amidoborandır (NaNH2BH3, kütlece %9,6 H2). Çalışmanın ilk kısmında sodyum borhidrür çözeltilerinden H2 üretim amaçlanmış ve buhar fazı sıcaklıklarında hidrolizi incelenmiştir. NaOH içeren sodyum borhidrür çözeltilerinin HCI çözeltisi ve CO2 gazı varlığında buhar fazı hidroliz deneylerinde NaBH4, NaOH, HCI çözeltilerinin derişimleri değişken seçilerek farklı sıcaklıklarda (90˚C-150˚C) parametrik buhar fazı hidroliz deneyleri yapılmıştır. Sodyum borhidrür'ün buhar fazı hidroliz deneylerinde en yüksek hidrojen üretim verimine (%99) 150 ˚C'de 2M ve 3M HCI ortamında ulaşılmıştır. Tezin ikinci aşamasında amonyak boran ve NaH'ün reaksiyonu ile farklı reaktif mol oranında sentezi yapılmış ve bu ürünlerin 110°C, 200°C ve 300°C'deki termoliz deneyleri yürütülmüştür. Sodyum amidoboranın sentezinde en yüksek dönüşüm oranına (%87) başlangıç reaktan mol oranı 1,5 ile ulaşılmıştır. Termoliz çalışmalarında en yüksek H2 üretim verimine (%97) 300°C'de 1,25 reaktif mol oranı ile gerçekleşmiştir. Sentezlenen sodyum amidoboran malzemelerinin ve termoliz reaksiyonu ürünlerinin karakteristik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla FTIR, XRD, GCMS ve kantitatif analiz teknikleri kullanılmıştır. Ayrıca sodyum amidoboranın termoliz verilerinden reaksiyon kinetik parametreleri de belirlenmiştir. SAB'ın termoliz reaksiyonu birinci mertebe olarak belirlenmiş ve aktivasyon enerjisi,  Ea=17,2 kJ/mol ve frekans sabiti, ko=1,018 s-1 olarak bulunmuştur.

Abstract:
In recent years, studies are focused on boron containing materials due to its excellent properties in chemical hydrogen storage materials. One of these studies concentrated on sodium borohydride (NaBH4, SBH, 10,8% H2 by weight) from metal borohydrides and sodium amidoborane (NaNH2BH3, SAB, 9,6% H2 by weight) from other metal amine boranes. In the first part of the study, it is aimed to produce H2 from SBH solutions and its hydrolysis was investigated at steam phase temperatures. The concentrations of SBH, NaOH and HCl solutions assigned as variable in the steam phase hydrolysis experiments of NaOH containing SBH solutions with HCl solution and CO2 gas and vapor phase hydrolysis experiments were performed at different temperatures (90˚C-150˚C). The highest efficiency of hydrogen production (99%) was reached at 150 ˚C in 2M and 3M HCI environments in steam hydrolysis experiments of SBH. In the second part of the thesis, the reactants in synthesis of SAB were synthesized by the reaction of ammonia boran and NaH at different initial molar ratios. Thermolysis experiments were carried out at different temperatures (110°C, 200°C and 300°C)in order to produce hydrogen from these synthesized products. In the synthesis of SAB, the highest conversion rate (87%) was reached with an initial reactant molar ratio of 1,5. The highest H2 production efficiency (97%) in the thermolysis studies was achieved with a molar ratio of 1,25 at 300 ° C. In order to characterize the synthesized SAB materials and thermolysis reaction products, FTIR, XRD, GCMS and quantitative analysis techniques were utilized. In addition, the parameters of thermolysis reaction kinetics from SAB thermolysis data were also determined. The thermolysis reaction of SAB was determined as the first order, and activation energy and frequency constant were found as Ea=17,2 kJ/mol, ko=1,018 s-1 respectively.