Metal destekli/desteksiz mcm-41 katalizörlerinin sentezi ve karakterizasyonu
The characterization and synthesis of mcm-41 supported and unsupported metal catalysts
Yazar: ÜMRAN GEDİKLİ
Danışman: PROF. DR. ZARİFE MISIRLIOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
İlk olarak 1992 yılında Mobil Araştırma Grubu tarafından sentezlenen katalizörler arasında olan MCM-41, tek boyutlu, hekzagonal yapıya sahiptir. Kontrol edilebilir gözenek yapısına sahip olması, yüzey özelliklerinin kolaylıkla değiştirilebilmesi, istenilen reaksiyona bağlı olarak katalitik özelliklerinin geliştirilebilmesi, hidrotermal ve kimyasal kararlılığının olması MCM-41 katalizörünün tercih edilmesini sağlamıştır. 


Bu çalışmanın ilk aşamasında yüzey aktif madde olarak setiltrimetilamonyumbromür (CTMABr), silika kaynağı olarak sodyum silikat çözeltisi, çözücü olarak deiyonize su kullanılarak hidrotermal metotla saf MCM-41 katalizörleri sentezlenmiştir. Gözenekler arasında bulunan ve istenmeyen organik bileşiklerin uzaklaştırılması amacıyla farklı sürede ve sıcaklıkta kalsinasyon işlemi yapılarak kalsinasyon işlemi için optimum koşullar belirlenmiştir. Daha sonra bu optimum koşullarda farklı silika kaynakları ve sentez metotları kullanılarak saf MCM-41 katalizörleri sentezlenmiştir. Yapılan karakterizasyon çalışmalarında elde edilen sonuçlara göre sodyum silikat kullanılarak sonokimyasal metotla sentezlenen katalizörlerin daha düzenli kristal yapıya, yüksek yüzey alanına ve mezogözenek dağılımına sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca sentezlenen saf MCM-41 katalizörlerinin atık cep telefonu devre kartlarının piroliz verimine etkisi araştırılmıştır. 


Çalışmanın ikinci bölümünde ise, katalizörün katalitik aktivitesini arttırmak amacıyla alüminyum metali ile desteklenmiş Al-MCM-41 katalizörleri farklı silika kaynağı kullanılarak farklı metotlarla sentezlenerek metal destekli MCM-41 sentezi için optimum koşullar belirlenmiştir. Daha sonra bu optimum koşullar kullanılarak MCM-41 yapısına farklı oranda alüminyum, kobalt veya demir kaynakları yerleştirilmiştir. Hazırlanan metal destekli MCM-41 katalizörlerin XRD, BET, SEM ve EDS analizleri yapılmıştır. Yapıya eklenen metal oranı arttıkça numunenin yüzey alanının azaldığı belirlenmiştir. Ayrıca Co-MCM-41 ve Fe-MCM-41 katalizörlerinde Al-MCM-41 katalizörlerine göre daha küçük partiküller gözlemlenmiştir. Metal destekli MCM-41 katalizörlerinin EDS analiz sonuçları ile sentez çözeltisindeki metal oranlarının birbiriyle tutarlı olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
MCM-41, which was first developed by researchers at Mobil Oil Corporation in 1992, is a catalyst with one dimensional, hexagonal structure. Its adjustable pore structure and surface properties as well as its hydrothermal and chemical stability made MCM-41 a favourable catalyst. It also has a degree of plasticity allowing its catalytic properties to be manipulated depending on the reaction it is going to be used.

In the first phase of the present study, pure MCM-41 catalysts were synthesised by using hydrothermal synthesis method where deionised water was used as the dissolvent, during which cetyltrimethylammonium bromüre (CTMABr) was used as the active surface material. Optimal calcination conditions were identified by running several calcination processes under various temperatures and durations to eliminate the organic compounds within the porous structures. Then these optimum conditions were used to prepare the pure MCM-41 catalysts by using different silica sources and synthesis methods. According to the results obtained with characterization studies, the catalysts synthesized by sodium silicate and sonochemical methods were found to have regular crystalline structures, high BET surface areas and pore size distributions in the mesopore range. The effect of the waste mobile phone circuit board of the synthesized pure MCM-41 catalysts on the efficiency of pyrolysis was also investigated.

In the second phase of the study, aluminium was placed in MCM-41 structure to increase its catalytic activity by using different methods and silica sources in order to optimise the conditions to synthesise MCM-41 with metal framework. Then various amounts of either aluminium, cobalt or iron were placed in MCM-41 structure by using these optimum conditions. The analyses of the MCM-41 with metal framework are performed under XRD, BET, SEM and EDS. Accordingly, while the surface areas of MCM-41 with metal framework were decreased with the increasing metal content. The particle sizes of Co-MCM-41 and Fe-MCM-41 catalysts were smaller compared to the particle sizes of Al-MCM-41. EDS analysis of the MCM-41 catalysts with metal framework were consistent with the metal content of the solutions used during the synthesis.