Oksit katalizörlerinin varlığında süperkritik su atmosferinde formaldehitin katalitik gazlaştırılması
Catalytic gasification of formaldehyde in supercritical water atmosphere in the presence of oxide catalysts
Yazar: HAKAN HATİPOĞLU
Danışman: PROF. DR. AYTEN ATEŞ
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Biyokütle gazlaştırmada, süperkritik su (SCW) hem asit hem de baz katalizör etkisi yaparak biyokütleyi CO, H2, CO2, CH4 ve başka organik bileşiklere gazlaştırmaktadır.  Bu sistemde H2 oluşum hızı ve seçimliliği düşük olduğundan, katalizör kullanımı zorunlu olmaktadır.  Bu çalışmada, sol-jel ile sentezlenmiş ZnO ve MoO3 katalizörleri formaldehitin SCW'de gazlaştırılmasında (SCWG) test edilmiştir. ZnO ve MoO3 katalizörlerinin SCWG ile yapısal ve morfolojik değişimleri incelenmiştir.  Sentezlenmiş katalizörlerden ZnO'nun hegzagonal kristal yapıda olduğu ve MoO3'ün ise ortorombik yapıda olduğu ve kristal yapısının SCWG ile değişmediği görülmüştür. ZnO'nun yüzey alanı   30.7 m2g-1 iken SCWG gazlaştırma sonrası katalizörün yüzey alanı 11.65 m2g-1'e düşmektedir. Fakat, MoO3 zıt bir davranış göstermiş olup, formaldehitin SCWG'na maruz kalmış  katalizörün yüzey alanını, partiküllerin yüksek basınç ve yüksek sıcaklıkta küçülmesinin bir sonucu olarak 35.38 m2g-1'den 60.11 m2g-1'e artmıştır.  SEM görüntülerine göre ZnO tozu nano boyutta sahip olup, gazlaştırmadan sonra ZnO partiküllerinde aglomerasyon gözlenmiştir. Benzer davranış MoO3 partiküllerinde de gözlenmiş olup, SCWG ile partiküllerde küçülmeler gözlenmiştir. H2–TPR analizi sonucuna göre, her iki katalizörde de, yapıda defektlerin oluşumun bir sonucu olarak indirgeme özellikleri değiştiği belirlenmiştir. Formaldehitin ZnO katalizörü ile gazlaştırılmasında homojen gazlaştırmaya göre CO2, CO ve CH4 verimi düşmüş ve H2 verimi artmıştır. MoO3 katalizörünün varlığında ise, homojen gazlaştırma ile karşılaştırıldığında gazlaştırma mekanizmasının değişimin sonucu olarak CO2 ve CH4 yüzdesi artmış H2 ve CO yüzdesi azalmıştır.

Abstract:
The presence of supercritical water (SCW) in the gasification of biomass leads to decomposition of biomass into CO, H2, CO2, CH4 and other organic compounds by means of acid and base catalyst action of SCW. In this system, selectivity and formation rate of H2 are lower and therefore it is necessary to use heterogeneous catalyst.  In this study, ZnO and MoO3 catalysts synthesized by sol-gel method were tested in gasification of formaldehyde in SCW (SCWG). Structural and morphological changes of ZnO and MoO3 catalysts with SCWG were investigated. Based on the XRD results, ZnO synthesized has hexagonal crystal structure and MoO3 has orthorhombic crystal structure. Their phase compositions were not changed under SCWG.  The surface area of ZnO is 30.7 m2g-1 and after SCWG of formaldehyde, its surface area decreased into 11.65 m2g-1. However, MoO3 showed opposite trend that its surface area increased with SCWG of formaldehyde from 35.38 m2g-1 into 60.11 m2g-1 via comminution of particles under the high pressure and temperature. Based on the SEM pictures, the ZnO synthesized has nano-sized particles and after the SCWG of formaldehyde, ZnO particles are agglomerated.  Similar behaviour was observed in MoO3 with nano-size and SCWG caused shrinkage of particles with soft agglomerates. According to H2-TPR analysis results, it was determined that the reduction properties of both catalysts changed via formation of defects. The presence of ZnO in the SCWG of formaldehyde led to decrease in the formation of    CO2, CO, and CH4 and increase in the formation of H2. Compared to homogeneous gasification, in the presence of MoO3 catalyst, percentages of CO2 and CH4 decreased and the percentages of H2 and CO increased via changing of decomposition mechanism.