Farklı tepkime ortamlarının borhidrür bileşiklerinin alkolizi üzerine etkisi
Effects of various reaction conditions on the alcoholysis of borohydride compounds
Yazar: GAMZE GÖKÇEOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. ÇETİN ÇAKANYILDIRIM
Hitit Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Alkoliz = Alcoholysis ; Hidrojen = Hydrogen ; Katalizörler = Catalysts ; Sodyum borohidrür = Sodium borohidride

Özet:
Yapılan bu tez çalışmasında Al2O3, TiO2 ve aktif karbon (AC) destekleri üzerine; tek, çift, üç ve dört aktif metal impregrasyon yöntemi ile tutturulmuştur. Katalizörün aktif yapılarının oluşturulması için NiCl2.6H2O, CoCl2.6H2O, CuCl2.2H2O, MnCl2.2H2O ve FeCl3 gibi geçiş metallerinin tuzları kullanılmıştır. Üretilen bu katalizörler varlığında sodyum borhidrürün alkoliz işlemi ile parçalanması ve hidrojen üretimi sağlanmıştır. Kimyasal hidrojen depolama malzemelerinden sodyum borhidrür (NaBH4) küt.%10,8 hidrojen içeriğiyle önemli bir depolama alternatifidir. 23oC sıcaklıkta üretilen hidrojen hacimleri ters büret yöntemi ile ölçülmüş, zamana göre miktarları kaydedilmiştir. Alkoliz işleminde İzopropil alkol (İPA) ve Propilen Glikol (PG) kullanılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda en iyi sonuçlar propilen glikol ile yapılan deneylerde gözlemlenmiştir. En iyi hidrojen üretim yeteneğine sahip katalizörün 4545 mL H2/gkat.min hız ile Mn0,85Co0,08Cu0,07/TiO2 olduğu tespit edilmiştir. Ulaşılan hidrojen üretim hızını daha fazla arttırmak için NaBH4 ile birlikte amonyum boran kullanılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda ulaşılan hidrojen üretim hızları diğer metaller ile kıyaslandığında daha hızlı sonuç vermiştir. En hızlı hidrojen üretim hızı (HÜH) ise 7500 mL H2/gkat.min hız ile Mn0,85Co0,8Ni0,7/AC katalizörüdür.
Katalizörler taze ve denenmiş olarak iki gruba ayrılmış ve karakterizasyonları TEM (Geçirimli Elektron Mikroskobu) ve SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) analizleri ile yapılmıştır. SEM analizlerinde yüzeydeki kanalların alkoliz işlemi sırasındaki gaz-sıvı hareketliliği sebebi ile daha geniş hale geldiği, TEM analizlerinde ise katalizör parçacıklarının homojen ve nano boyutta bir dağılıma sahip oldukları anlaşılmıştır. Toplanan kinetik veriler ile reaksiyon derecesi ve aktivasyon enerjisi hesaplanmıştır. Hesaplama sonucunda tepkimelerin sıfırıncı mertebeden ve Mn0,85Co0,08Cu0,07/TiO2 katalizörünün aktivasyon enerjisi 44 kJ/mol olduğu bulunmuştur. Yapılan tekrar testlerinde aktivite ve dönüşüm oranının tekrar kullanım ile azaldığı gözlenmiştir.

Abstract:
In this thesis study, on Al2O3, TiO2 and activated carbon (AC) supports; single, double, triple and four active metal impregnation methods. Salts of transition metals such as NiCl2.6H2O, CoCl2.6H2O, CuCl2.2H2O, MnCl2.2H2O and FeCl3 were used to form the active structures of the catalyst. In the presence of these produced catalysts, the decomposition of sodium borohydride by alcoholysis and hydrogen production was achieved. Sodium borohydride (NaBH4), one of the chemical hydrogen storage materials, is an important storage alternative with a hydrogen content of 10.8% by mass. Hydrogen volumes produced at 230C were measured by the reverse burette method, and their amounts were recorded over time. Isopropyl alcohol (IPA) and Propylene Glycol (PG) were used in the alcoholization process. As a result of the studies, the best results were observed in the experiments with propylene glycol. It was determined that the catalyst with the best hydrogen production capability was Mn0,85Co0,08Cu0,07/TiO2 with a velocity of 4545 mL H2/gcat.min. In order to further increase the hydrogen production rate, ammonium borane was introduced in NaBH4 solution. The hydrogen production rates gave faster results when compared to only NaBH4 containing studies. Amonium borane and sodium borohydride mixture results in 7500 mL H2/gcat.min rate (HPS) with Mn0,85Co0,08Ni0,07/AC catalyst.
Catalysts were divided into two groups as fresh and tested, and their characterizations were made by TEM (Transmission Electron Microscopy) and SEM (Scanning Electron Microscopy) analyzes. In SEM analyzes, it was understood that the channels on the surface became wider due to the gas-liquid mobility during the alcohollysis process, while in the TEM analyzes, the catalyst particles had a homogeneous and nano-sized distribution. The reaction degree and activation energy were calculated with the collected kinetic data. As a result of the calculation, it was found that the reaction was zeroth order and the activation energy of the Mn0,85Co0,08Cu0,07/TiO2 catalyst was 44 kJ/mol. In the retests, it was observed that the activity and conversion rate decreased with reuse.