Magnezyum hidrür bileşiğiyle kalsiyum tuzlarından kalsiyum borhidrür sentezi ve borhidrür bileşiklerinin katalitik dehidrojenasyonu
Calcium borohydride synthesis by magnesium hydride compound from calcium salt and catalytic dehydrogenation of borohydride compounds
Yazar: TUĞBA AKKAŞ BOYNUEĞRİ
Danışman: PROF. DR. METİN GÜRÜ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bilindiği üzere azalan enerji kaynakları ve artan enerji ihtiyacı alternatif enerji arayışını doğurmaktadır. Bu kapsamda, hidrojen ve hidrojen taşıyıcı malzemelerden borhidrürler üzerinde yoğun araştırmalar sürdürülmektedir. Yüksek hidrojen içerikleri ve kontrol edilebilir hidrojen salınımları metal borhidrürleri dikkat çekici hale getirmektedir. Bu çalışmada, ilk olarak hidrojen taşıyıcısı olan kalsiyum borhidrür mekanokimyasal yöntemle kalsiyum klorür, bor oksit ve magnezyum hidrür reaktantlarından ekonomik olarak üretildi. Teorik reaksiyon katsayısına göre 2,85 kat aşırı MgH2'ün kullanıldığı Ca(BH4)2 sentez reaksiyonunda 1600 dakika reaksiyon süresinde en yüksek B-H pik alanı, yani verim FT-IR analizi ile tespit edildi. İkinci olarak, akrilamit ve akrilik asit monomerleri ile poli(akrilamit-ko-akrilik asit) hidrojeller hazırlanarak kobalt aktif mekezleri bu yapılara borhidrürlerin dehidrojenasyonunda katalizör olarak kullanılmaları için eklendi. Farklı oranlarda çapraz bağlayıcı içeren hidrojellerin karakterizasyon çalışmaları AAS analizi ile yapılarak en yüksek kobalt miktarının 135,82 mg Co/g hidrojel olduğu bulundu. Metal kaynağı olarak ilk defa kobalt florür kullanılarak katalizörler hazırlandı. Son olarak, sodyum ve kalsiyum borhidrürün katalitik dehidrojenasyonları gerçekleştirilip kinetik incelemeleri yapıldı. Sodyum ve kalsiyum borhidrürün dehidrojenasyon reaksiyon mertebesi sıfır ve gözlenen aktivasyon enerjileri sırasıyla 43,82 kJ/mol ve 71,39 kJ/mol olarak hesaplandı. Bu çalışmada hazırlanan katalizör, Ca(BH4)2 dehidrojenasyon reaksiyonunda 10 defa kullanılmış ve hidrojen üretim verimi % 98,5'den % 83,5'e düşmüştür.

Abstract:
It is known that decreasing energy sources and increasing energy necessity bring about the search for alternative energy. Within this scope, intense research has been carried on hydrogen and boronhyrides from hydrogen carrier materials. High hydrogen contents and controllable hydrogen emissions make metal borohydrides remarkable. In this study, first, hydrogen carrier of calcium boronhydride was produced economically by using calcium chloride, boron oxide and magnesium hydride reactants via mechanochemical method. The highest B-H peak area in other words yield was determined at reaction time of 1600 minutes by FT-IR analysis for synthesis reaction of Ca(BH4)2 which MgH2 was used 2,85 times excessive amount according to the theoretical reaction ratio. Second, poly(acrylamide-co-acrylic acid) hydrogels was prepared via monomers of acrylamide and acrylic acid and then active sites of cobalt was loaded in them to use as catalyst in dehydrogenation of borohydrides. Characterization studies of hydrogels that consist of different crosslinker were carried out by using AAS analysis and the most high amount of cobalt was found as 135,82 mg Co/ g hydrogel. Catalysts were prepared by using cobalt flouride as metal source for the first time. Finally, catalytic dehydrogenation of sodium and calcium borohydrides was performed and kinetic investigation of them was done. Dehydrogenation reactions order of sodium and calcium borohydrides are zero and observed activation energy of them were calculated 43,82 kJ/mole and 71,39 kJ/mole, respectively. The catalyst prepared in this study was used 10 times in dehydrogenation reaction of Ca(BH4)2 and yield of hydrogen production decreased from 98,5% to 83,5%.