Gözenekli katılarda gaz adsorpsiyon ve difüzyonu
Adsorption and diffusion of gases porous solids
Yazar: FATMA OĞUZ
Danışman: PROF. DR. TÜRKAN KOPAÇ
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Son yıllarda karbon maddeler üzerine hidrojen depolanması ve adsorpsiyon çalışmaları büyük ilgi çekmektedir. Fosil yakıtları gibi sera gazlarına ve çevre kirliliğine neden olmadığı için hidrojenin ideal bir enerji kaynağı olduğu düşünülmektedir. Bu çalışmada üç farklı tanecik boyutunda (4-18, 40, 150 mesh) aktif karbonun üzerine iki gazm (H2 ve N2) adsorplanma özellikleri dinamik yöntemle incelenmiştir. Kromatografik deneyler 30-200 °C aralığında beş farklı sıcaklıkta yapılmıştır. Böylelikle tanecik boyutu ve ortam sıcaklıklarının adsorpsiyona etkileri incelenmiştir. Her bir gaz için adsorpsiyon denge sabitleri (Ke), dış kütle transfer sabiti (kf), eksenel dağılım katsayısı (Da) ve adsorpsiyon hız sabitleri (kadS) hesaplanıp bunların sıcaklık ve tanecik boyutuyla nasıl değiştiği belirlenmiştir. Adsorpsiyonun düşük sıcaklıklarda fazla olduğu, sıcaklık arttıkça adsorpsiyonun azaldığı gözlemlenmiştir. Üç farklı tanecik boyutundaki aktif karbon numunelerinin spesifik yüzey alanları H2 ve N2 gazlan ile 77.4 K ve oda sıcaklığında belirlenmiş, bu alanların tanecik boyutu ve sıcaklıkla ilişkisi araştırılmıştır. Üç farklı tanecik boyutundaki aktif karbon numunelerinin BET ve Langmuir adsorpsiyon analizleri yapılmış ve bu modellerin adsorpsiyon parametreleri belirlenmiştir. iiiÖZET(devam ediyor) BET yüzey alanı N2 ile 4-18 mesh tanecik boyutuna sahip aktif karbon için 77.4 K'de 745 m2/g, 292 K'de 16 m2/g olarak belirlenmiştir. H2 ile ise sırasıyla 370 m2/g ve 1.31 m2/g olarak belirlenmiştir. Diğer iki tanecik boyutu için de benzer sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca tanecik boyutu azaldıkça yüzey alanlarının arttığı görülmüştür. 77.4 K'de N2 ile belirlenen yüzey alanlarında sırasıyla 4-18, 40, 150 mesh için 745 m2/g, 852 m2/g, 910 m2/g olarak bulunmuştur. Bu sonuçlar hidrojen depolanmasının düşük sıcaklıklarda mümkün olduğunu göstermektedir.Anahtar Sözcükler: Adsorpsiyon, Adsorpsiyon izotermleri, Hidrojen depolama, Aktif karbon

Abstract:
Hydrogen storage and adsorption studies in carbon materials have been of great concern in recent years. Hydrogen is thought to be an ideal energy source because of causing no pollutants or greenhouse gases during combustion unlike the fossil fuels. In this study, adsorption characteristics of two gases (H2 and N2) on activated carbon having three different particle sizes (4-18, 40, 150 mesh) were investigated using a dynamic technique. Chromatographic experiments were done at five different temperatures in 30-200 °C temperature range. The effects of particle size and temperature on adsorption were investigated. Adsorption equilibrium constant (Ke), external mass transfer coefficient (kf), axial dispersion coefficient (Da) and adsorption rate constants (kadS) were determined for hydrogen and nitrogen on activated carbon samples and the effects of temperature and particle size on these parameters were investigated. It was found out that the adsorption was higher at lower temperatures and decreased with increasing temperature. The specific surface areas of H2 and N2 gases at 77.4 K and room temperature on activated carbon samples having threeABSTRACT (continued) different particle sizes were determined and the effects of particle size and temperature were investigated. BET and Langmuir adsorption analysis of the adsorbent samples were done and the adsorption model parameters were determined. BET surfaces area for nitrogen adsorption on 4-18 mesh particle size activated carbon at 77.4 K and 292 K were determined as 745 m2/g and 16 m2/g, respectively. For hydrogen it was determined as 370 m2/g and 1.31 m2/g, respectively. Similar results were obtained for the other two particle sized samples. Also as the particle size decreased surface areas increased. At 77.4 K nitrogen surface areas were determined as 745, 852, 910 m2/g for 4-18, 40, 150 mesh particle sizes, respectively. These results have shown that hydrogen storage could be possible at lower temperatures.Key Words: Adsorption, Adsorption isotherms, Hydrogen storage, Activated carbon -