Nikel ve molibden içerikli katalizörler varlığında hidrojen üretimi
Production of hydrogen in the presence of nickel and molybdenum containing catalystst
Yazar: NİSA ÖZBEN
Danışman: PROF. DR. KIRALİ MÜRTEZAOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Giderek kullanımı artan fosil yakıtların rezervinin azalması ve yakılmasıyla iklim
değişikliğine sebep olan CO, SOx vb. gazlarının açığa çıkması sürdürülebilir enerji olan yeşil
hidrojenin önemini arttırmıştır. Yenilenebilir enerji kaynağı olan biyokütlenin pirolizi
sonucu elde edilen formik asit (HCOOH) düşük toksisiteye, yüksek enerji içeriğine ve ortam
sıcaklığında yüksek kararlılığa sahip olup önemli bir hidrojen taşıyıcısıdır. Reaksiyon
sıcaklığı, pH ve özellikle katalizör gibi özelliklerin değiştirilmesiyle formik asit parçalanma
reaksiyonun termodinamik ve kinetik olarak kontrol edilmesi, H2 seçiciliğinin arttırılması ve
böylece alternatif yakıt H2 üretiminin gerçekleştirilmesinin yanı sıra CO oluşumunun da
engellenmesi mümkündür. Bu çalışmada formik asidin parçalanması ile H2 üretiminde
kullanılmak üzere silika ve karbon destekli katalizörler sentezlenmiştir. Ni ve/ veya Mo
içerikli silika destekli katalizörler farklı yüzey aktif maddeler (Tween-80 ve Pluronik-123)
kullanılarak tek kap ve emdirme yöntemi ile hazırlanmıştır. Karbon destekli katalizörler ise
sert şablon yöntemi ile hazırlanan düzenli mezogözeneklere sahip karbon malzemeye
(CMK-3) emdirme yöntemiyle Ni ve/veya Mo metalleri yüklenerek hazırlanmıştır. Ayrıca

mezogözenekli karbon nitrür (MCN) ve KOH katkılı mezogözenekli karbon (KOH-CMK-
3) malzemeler sentezlenmiştir. Hazırlanan katalizörlerin reaksiyon öncesinde yapısal ve

fiziksel özelliklerinin belirlenebilmesi amacıyla XRD, N2 adsorpsiyon-desorpsiyon,
SEM/EDS, FTIR ve DRIFT analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında reaksiyon
sıcaklığının, karbon yapıya eklenen KOH katkısının, Ni ve/veya Mo yükleme yöntemlerinin
ve yüklenen metal miktarlarının formik asit parçalanma reaksiyonunda katalizör aktivitesine
etkisi incelenmiştir. Silika destekli katalizör ile yapılan deneylerde Ni metalinin, karbon
destekli katalizörler ile yapılan deneylerde ise Mo metalinin tek başına daha iyi aktivite
sergilediği gözlenmiştir. H2 seçiciliği 0,44-1,07 aralığında değişebilmekle birlikte tüm
katalizörlerde %100 formik asit dönüşümü elde edilmiş ve emdirme yöntemi ile sentezlenen
5Mo@CMK-3 ve 2.5Ni@SBA-15 katalizörleri ile CO gaz çıkışı olmadan hidrojen eldesinin
mümkün olduğu belirlenmiştir. Ayrıca KOH katkılı CMK-3 malzemesinde KOH katkısının
reaksiyon sıcaklığını düşürmekle birlikte H2 seçiciliği (0,83) ve H2 ürün dağılımını arttırdığı
gözlenmiştir.

Abstract:
The decrease in the reserves of fossil fuels, which are increasingly used, and the release of
CO, SOx, etc. gases that cause climate change have increased the importance of green
hydrogen, which is a sustainable energy. Formic acid (HCOOH), is obtained as a result of
the pyrolysis of biomass, which is a renewable energy source, has low toxicity, high energy
content and high stability at ambient temperature, is an important hydrogen carrier. It is
possible to control the formic acid breakdown reaction thermodynamically and kinetically
by changing the reaction temperature, pH and especially the catalyst, increasing the H2
selectivity and thus preventing the formation of CO as well as realizing the alternative fuel
H2 production. In this study, silica and carbon supported catalysts was synthesized to be used
in the production of H2 by the decomposition of formic acid. Ni and/or Mo-containing silica

supported catalysts were prepared by using different surfactants (Tween-80 and Pluronic-
123) by one-pot and impregnation method. Carbon supported catalysts, on the other hand,

were prepared by loading Ni and/or Mo metals by impregnation method on carbon material
with regular mesopores (CMK-3) prepared by hard template method. In addition,
mesoporous carbon nitride (MCN) and KOH doped mesoporous carbon (KOH-CMK-3)
materials were synthesized. In order to determine the structural and physical properties of
the prepared catalysts prior to activity tests, XRD, N2 adsorption-desorption, SEM/EDS,
FTIR and DRIFT analyzes were performed. Within the scope of the study, the effects of
reaction temperature, KOH contribution to the carbon structure, Ni and/or Mo loading
methods and the amount of loaded metal on the catalyst activity in the formic acid
decomposition reaction were investigated. It was observed that Ni metal in experiments with
silica-supported catalyst and Mo metal showed better activity alone with carbon-supported
catalysts. Although H2 selectivity can vary in the range of 0.44-1.07, 100% formic acid
conversion was obtained in all catalysts and it was determined that it is possible to obtain
hydrogen without CO gas evolution with 5Mo@CMK-3 and 2.5Ni@SBA-15 catalysts
synthesized by the impregnation method. In addition, it was observed that the KOH additive
decreased the reaction temperature and increased the H2 selectivity (0.83) and H2 product
dispersion in the KOH-doped CMK-3 material.