Seçici karbon monoksit oksidasonu kinetiğinin gümüş, kobaltoksit, manganoksit katkılı seryum oksit
zirkonyum oksit içeren katalizörler üzerinden incelenmesi / The investigation of selective carbon monoxide oxidation kinetics over the silver, cobalt oxide, manganese oxide doped cerium oxide / zirconium oxide included catalysts
Yazar: HÜSEYİN BARAN AKINBİNGÖL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. FİLİZ DEREKAYA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Katalizörler = Catalysts ; Kinetik = Kinetics

Özet:
Bu çalışmada gümüş, kobaltoksit, manganoksit içerikli seryum oksit ve zirkonyum oksit içeren katalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve seçici karbon monoksit oksidasyonu kinetiği için katalitik aktivite çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Katalizörler birlikte çöktürme yöntemi kullanılarak sentezlenmiş ve 450oC' de kalsine edilmişlerdir. Katalizörlerin yapılarında bulunan fazlar X-Işınımı kırınım deseni analizleri ile; yüzey alanları, ortalama gözenek çapları, gözenek hacimleri ve adsorpsiyon/desorpsiyon izotermleri azot fizisorpsiyon çalışmaları ile; yüzey topografyası ise taramalı elektron mikroskopisi (SEM) analizleri ile belirlenmiştir.X-ışını kırınım deseni analizlerinden katalizörlerin yapılarında genel olarak: CeZrOx, MnCeZrOx, metalik Ag ve Co3O4 fazlarının olduğu belirlenmiştir. Yüzey alan sonuçları 50/25/25 MnO2/CeO2/ZrO2 katalizörünün en yüksek yüzey alan değerine ve Ag/CeO2/ZrO2 katalizörünün de en düşük yüzey alan değerine sahip olduğunu göstermiştir. Farklı metaloksit molar oranlarda hazırlanmış Co3O4/CeO2/ZrO2 katalizörleri arasında en yüksek yüzey alanı 20/40/40 metaloksit oranında hazırlanmış katalizör vermiştir. Tüm katalizörlerin mezo gözenekli olduğu belirlenmiştir.Katalizörlerin seçici CO oksidasyonu için katalitik aktiviteleri belirlenmiştir. H2' ce zengin gaz karışımından CO' in seçici oksidasyonu için katalitik aktivite çalışmalarında besleme kompozisyonu H2: % 85, CO % 1 iken O2: % 1.25, % 1.5, % 1.75 değerlerinde; H2: % 85, O2 % 2 iken CO: %0.75, %1.00, %1.15, % 1.30 değerlerinde ve kalan He olacak şekilde 3 farklı katalizör miktarında (15 mg, 25 mg, 35 mg) çalışılmıştır. En iyi aktivite 50/25/25 Co3O4/CeO2/ZrO2 katalizöründe elde edilirken bu katalizör 200°C' de % 90' nın üzerinde CO dönüşümü ve 175°C' de maksimum %55 CO oksidasyonu için seçicilik sonucu vermiştir. Farklı oranlarda hazırlanmış olan Co3O4/CeO2/ZrO2 katalizörleri arasında en iyi seçici CO oksidasyonu aktivitesini 80/10/10 Co3O4/CeO2/ZrO2 katalizörü vermiştir. 80/10/10 Co3O4/CeO2/ZrO2 katalizörü 200°C' de % 80' nin üzerinde CO dönüşümü verirken 125°C' de maksimum % 84 CO oksidasyonu için seçicilik sonucu vermiştir. 80/10/10 Co3O4/CeO2/ZrO2 katalizörü üzerinde gerçekleştirilen CO oksidasyonun reaksiyonu hızı O2 için (+1,04)' üncü mertebenden ve CO için (-1,4)'ncü mertebeden bağlılık göstermiş, reaksiyon hız sabiti k = 1.64 x 10-4 olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In this study the synthesis, characterization and catalytic activity to the selective CO oxidation reaction were made over the Ag/CeO2/ZrO2 Co3O4/CeO2/ZrO2, MnO2/CeO2/ZrO2 nanocatalysts. All catalysts were prepared by the co-precipitation method and calcined at 450oC. The characteristic properties of the catalysts were determined by using the X-ray diffraction pattern, N2-physisorption measurements and scanning electron microscopy (SEM).According to the X-Ray diffraction patterns the CeZrOx, MnCeZrOx, metallic Ag and Co3O4 phases was obtained from the catalysts. The highest surface area was obtained from the MnO2/CeO2/ZrO2 catalyst and the lowest surface area was obtained from the Ag/CeO2/ZrO2 catalyst. Between the Co3O4/CeO2/ZrO2 catalysts which were prepared at different molar ratios, the catalysts has 20/40/40 molar ratio gave the highest surface area. All catalysts gave the average pore diameter in the mesopore diameter scale. The catalytic activities of the catalysts were determined for the selective CO oxidation reaction in H2 rich gas stream in which the compositions are 85% H2, 1% CO and %O2: 1.25, 1.5, 1.75 and; 85% H2, 2%O2 % 2 and CO: 0.75%, 1.00%, 1.15%, 1.30% balance with He on three different catalyst masses (15 mg, 25 mg, 35 mg). The best activity for the selective CO oxidation reaction was obtained from the 50/25/25Co3O4/CeO2/ZrO2 catalyst. The 50/25/25 Co3O4/CeO2/ZrO2 catalyst gave 90% CO conversion at 200oC and 55% selectivity to CO oxidation at 175oC. The best activity was obtained from the 50/10/10 Co3O4/CeO2/ZrO2 catalyst between the Co3O4/CeO2/ZrO2 catalysts which were prepared at different molar ratio. The 80/10/10 Co3O4/CeO2/ZrO2 catalyst gave 80% CO conversion at 200oC and 84% selectivity to CO oxidation at 125oC. The rate of selective CO oxidation reaction on 80/10/10 Co3O4/CeO2/ZrO2 catalyst is depend on O2 (+1.04) and CO (-1.4), the reaction coefficient is found as k = 1.64 x 10-4 .