Heterojen katalizör sentezi ve çay atığından termokimyasal süreçler ile hidrojence zengin gaz ürün eldesi
Heterogeneous catalyst synthesis and obtaining hydrogen rich gaseous product from tea waste by thermochemical processes
Yazar: TUĞÇE ESEN
Danışman: PROF. DR. NEZİHE AYAS
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada hidrojence zengin gaz karışımı üretmek amacıyla çay atığının hava ve hava+buhar ortamında yukarı akışlı borusal reaktörde gazlaştırma reaksiyonları gerçekleştirilmiştir. Gazlaştırmada katalizör olarak K2CO3'ın yanısıra emdirme ve sol-jel yöntemleri ile sentezlenen Ni/Al2O3 ve Ni-CeO2/Al2O3 katalizörleri kullanılmıştır. Sentezlenen katalizörler XRD, XRF, SEM, BET ve TGA teknikleri ile karakterize edilmiştir. Katalizörlerin aktiviteleri çay atığının gazlaştırılması reaksiyonlarında belirlenmiştir. Gazlaştırmaya etki eden parametrelerden sıcaklık (450, 650, 850°C), süre (10, 15, 20 dk), katalizör oranı (kütlece %0, 10, 20, 30, 40, 60),  hava akış hızı (2, 3, 4 L/sa), katalizör sentez yöntemi ve CeO2 yükleme oranı (%0-40)'nın gaz ürün verimine ve kompozisyonuna etkisi incelenmiştir. Hava ile gazlaştırma reaksiyonlarında en yüksek H2 verimi 850°C, 15 dk, %20 katalizör oranı ve 3 L/sa hava akış hızında K2CO3 ile 3,54 mol H2/kg çay atığı olarak elde edilirken sol-jel yöntemi ile sentezlenen, %40 CeO2 içeren Ni-CeO2/Al2O3 katalizörü ile aynı koşullarda 6,26 mol H2/kg çay atığı verimine ulaşılmıştır. Gazlaştırma ortamına havanın yanısıra buhar eklenmesiyle H2 verimi K2CO3 varlığında 48,76 mol H2/kg çay atığı'na ulaşırken, Ni-CeO2/Al2O3 katalizörü ile 29,71 mol H2/kg çay atığı H2 elde edilmiştir. Yukarı akışlı reaktörlerde yüksek olan tar verimi Ni-CeO2/Al2O3 katalizörü ile 850°C'de %9,14'ten %4,46'ya düşürülmüştür. Reaksiyon sonucunda elde edilen sıvı ürünlerin GC-MS ile bileşimleri belirlenmiş olup sıvı ürünlerin fenolik bileşikler ve kafeince zengin olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, tea waste was gasified in an updraft gasifier in order to obtain H2 rich gaseous product using air and air+steam as gasifying agents. K2CO3 was used as a catalyst. Ni/Al2O3, Ni-CeO2/Al2O3 catalysts were synthesized by impregnation and sol-gel methods. Synthesized catalysts were characterized by XRD, XRF, SEM, BET and TGA techniques. The activity of catalysts was determined by performing gasification experiments of tea waste. Effect of parameters such as temperature (450, 650, 850°C), reaction time (10, 15, 20 min), catalyst ratio (0, 10, 20, 30, 40, 60% by weight), air flow rate (2, 3, 4 L/h), synthesis method and CeO2 loading (0-40%) on gaseous product yield and composition was investigated. Maximum H2 yield was achieved as 6.26 mol H2/kg tea waste at 850°C, 15 min, 20% catalyst ratio and 3 L/h air flow rate in the presence of Ni-CeO2/Al2O3 which was synthesized by sol-gel method and contained 40% CeO2 in air gasification, while this value equals to 3.54 mol H2/kg tea waste in the presence of K2CO3. When steam was added to gasifying medium, H2 yield reached at 48.76 and 29.71 mol H2/kg tea waste in the presence of K2CO3 and Ni-CeO2/Al2O3 catalysts, respectively. Tar yield was decreased by using Ni-CeO2/Al2O3 at 850°C from 9.14% to 4.46%. The liquid products obtained from the air gasification reactions were characterized by GC-MS. The liquid product was composed of mostly phenolic compounds and caffeine.