Metanın kuru refom reaksiyonu için katalizör geliştirilmesi
Development of catalyst for dry rforming of methane
Yazar: GÜLÇİN TOPALOĞLU
Danışman: PROF. DR. GÜLŞEN DOĞU ; DOÇ. DR. SENA YAŞYERLİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Metanın karbondioksit ile kuru reformu reaksiyonu, sera etkisine neden olan gazların (CH4 ve CO2) kullanılabilir ürünler olan sentez gazına (CO, H2) dönüşümü nedeniyle önem kazanmıştır. Çalışma kapsamında yüksek yüzey alanı ve kararlı yapılara sahip hidrotalsit (HT) benzeri katalizörler sentezlenmiştir. Çalışmanın ilk bölümünde, birlikte çöktürme yöntemi ile farklı Ni/Mg mol oranlarına sahip Ni-MgAlO katalizörleri ve nikel miktarı sabit tutularak HT yapısında bulunan Mg yerine Ca kullanılarak Ni-CaAlO katalizörleri sentezlenmiş ve katalitik aktivite deneyleri yürütülmüştür. Bu deneyler sonucunda, farklı Ni/Mg mol oranlarına sahip katalizörler arasında en iyi dönüşümü ve kararlı aktiviteyi gösteren Ni-MgAlO3 (Ni/Mg:0,2) ile uzun ömürlülük deneyleri gerçekleştirilmiştir. Hazırlanma yönteminin etkisinin belirlenebilmesi amacıyla emdirme yöntemiyle Ni@MgAlO ve Ni@CaAlO katalizörleri hazırlanmış ve reaksiyonda denenmiştir. Çalışmanın son aşamasında Ni-CaAlO ve Ni-MgAlO katalizörlerine emdirme yöntemi ile kütlece %1 rutenyum yüklenerek Ru@Ni-MgAlO ve Ru@Ni-CaAlO hazırlanmış ve katalitik aktiviteleri denenmiştir. Hazırlanan katalizörlerin yapısal ve fiziksel özelliklerinin belirlenebilmesi amacıyla XRD, BET yüzey alanı, ICP-MS, SEM, TPR ve TGA/DTA analizleri yapılmıştır.Katalitik aktivite deneyleri sonucunda, birlikte çöktürme yöntemi ile hazırlanan Ni-CaAlO katalizörü varlığında yürütülen reaksiyon sonucunda H2/CO oranının bire yaklaştığı görülmüştür. Uzun ömürlülük deneyine tabi tutulan Ni-MgAlO3 katalizörünün 50 saatlik reaksiyon sonrasında aktivitesini koruduğu ve metan ve CO2 dönüşümlerinin sırası ile 0,27 ve 0,32 olduğu belirlenmiştir. Ters su gazı reaksiyonunun, emdirme yöntemi ile hazırlanan katalizörde (Ni@MgAlO1) önemini kaybettiği gözlenmiştir. TGA analizi sonucunda Ni-MgAlO3 katalizörüne emdirme yöntemi ile rutenyum ilavesinin oluşan karbon miktarını %27'den %18'e düşürdüğü gözlenmiştir.

Abstract:
Reaction of dry reforming of methane with carbon dioxide, has gained importance due to the transformation of the greenhouse effect gases (CH4 and CO2) into synthesis gas (CO, H2) which are usable products. In this study, hydrotalcite (HT) - like catalysts having high surface area and highly stable structures were synthesized. In the first part of the study, Ni-MgAlO catalysts with different Ni/Mg molar ratios were synthesized by co-precipitation method. Then, keeping the Ni amount constant Ni-CaAlO catalysts were synthesized by exchanging Mg in the hydrotalcite structure by Ca and activity tests were performed. Among the catalysts with different Ni/Mg ratios, the most active and stable catalyst was Ni-MgAlO3 (Ni/Mg:0,2) and long term activity tests were then carried out with this catalyst. In order to determine the effect of preparation technique, Ni@MgAlO and Ni@CaAlO were prepared by the impregnation method and tested in the reaction. In the last part of the study, by the addition of 1% by mass of ruthenium to the Ni-CaAlO and Ni-MgAlO catalysts by impregnation method, Ru@ NiMgAlO and Ru@NiCaAlO were prepared and their catalytic activites were tested. In order to determine the structural and physical properties of the prepared catalysts, XRD, BET surface area, and ICP-MS, SEM, TPR and TGA / DTA analyzes were conducted.As a result of the catalytic activity tests, it was observed that H2/CO ratio achieved with Ni-CaAlO catalyst, which was prepared by the co-precipitation method, was approximately one. Ni-MgAlO3 catalyst which was subjected to durability tests for 50 hours of reaction time, kept its activity and the conversions of methane and CO2 achieved with this catalyst were 0.27 and 0.32, respectively. It was observed that, reverse water gas shift reaction lost its significance when the catalyst prepared by impregnation method (Ni@MgAlO1) was used. After the TGA analysis, it was observed that the addition of rutenyum to Ni-MgAlO3 catalyst by the impregnation method decreased the amount of formed carbon from 27% to 18%.