Metal hidrit nanoparçacıkların sentezi ve hidrojen depolama özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of metal hydride nanoparticles and investigations of their hydrogen storage properties
- Tez No: 216167
- Danışmanlar: PROF.DR. TEZER FIRAT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Enerji, Bilim ve Teknoloji, Physics and Physics Engineering, Energy, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Hidrojen Depolama, Metal Hidrit, Nanoparçacık, Mekanik Öğütme, Hydrogen Storage, Metal Hydride, Nanoparticle, Mechanical Milling
- Yıl: 2007
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde kullanılan enerji kaynakları fosil yakıtlardır. Fakat bu yakıtların zamanla tükenmesi ve çevreye verdikleri zararın artması nedeniyle yeni bir enerji kaynağına ihtiyaç duyulmaktadır. İdeal bir yakıtta olması gereken tüm özelliklere sahip olan hidrojen, geleceğin yakıtı olarak düşünülmektedir. Hidrojen, fosil yakıtlar gibi zehirli gazlar çıkarmadığı için temiz ve Evren'de en fazla bulunan element olduğundan tükenmezdir. Fakat hidrojenin günlük yaşamda yaygın bir şekilde kullanılabilmesi için etkin ve güvenilir bir şekilde depolanması gereklidir. Yapılan araştırmalar depolama için en uygun yöntemin metal hidritler içerisinde depolama olduğunu göstermiştir. Metal hidritler arasında da magnezyum tabanlı hidritler özellikle yüksek depolama kapasiteleri,uzuc oluşu ve bol bulunması nedeniyle öne çıkmaktadır. Hidrojen depolamanın yanı sıra günümüz teknolojisinde devrim yaratan bir diğer konu da nanoteknolojidir. Nanoboyutlu malzemelerin teknolojiye getirdiği yenilikler, bu alana olan ilgiyi giderek artırmaktadır. Hemen her alanda kullanılabilen bu malzemelerin sahip oldukları üstün özellikler sayesinde günümüzde su tutmayan, buruşmayan kumaşlar, kir tutmayan boyalar üretilebilmektedir. Kullanıldıkları her alana yenilik getiren nanomalzemeler hidrojen depolama konusunda da önemli avantajlar sağlamaktadır. Örneğin depolamada en umut vaat edici yöntem olan hidrit malzemeler nanoboyuta indirildiğinde hidrojen depolama kapasiteleri artmaktadır. Bu çalışmada mekanik öğütme tekniği kullanılarak MgH2 ve Mg2NiH4 nanoparçacıklar hazırlandı. Hidrit oluşum sıcaklığı literatürde 250-300oC iken, bu yöntemle tek adımda ve oda sıcaklığında nanoboyutlu hidrit malzemeler elde edildi. Bunun için hazırlanan bilgisayar kontrollü sistemde kullanılan LabVIEW tabanlı bilgisayar programı ve öğütme işlemi için kullanılan yüksek basınca dayanıklı hazne bu çalışma kapsamında tasarlandı. Tasarlanan hazne üzerindeki ii basınç sensörü sayesinde, deney süresince hazne içerisindeki basınç değişimi gözlendi. Deneylerde %100 Mg, %75 Mg-%25 Ni ve %50 Mg-%50 Ni olmak üzere 3 grup başlangıç malzemesi kullanıldı. İlk aşamada, başlangıç malzemeleri paslanmaz çelik hazne içerisinde, paslanmaz çelik toplar yardımıyla öğütüldü. Hidrojen basıncı, öğütme hızı, malzeme / top ağırlıkları oranı ve nikel katkısı gibi parametreler değiştirilerek hidrit nanoparçacıklar sentezlendi. Daha sonra bu parametrelerin, sentezlenen malzemelerin hidrojen depolama miktarına ve depolama hızına etkisi incelendi. Bu inceleme için x-ışınları toz kırınım desenlerinden ve basınç-zaman eğrilerinden yararlanıldı. Yapılan incelemede öğütme hızı ve malzeme / top oranı artırıldığında, oluşan hidrit miktarının arttığı, hidrojen basıncı ve nikel katkısı artırıldığında ise hidritleşme hızının arttığı görüldü. Ölçümlerin sonucunda, mekanik öğütme yöntemiyle MgH2 ve Mg2NiH4 hidrit nanoparçacıkların tek adımda ve oda sıcaklığında sentezlenebildiği ve değiştirilen her parametrenin hidrit miktarına ve hidritleşme hızına olumlu etkileri olduğu gözlendi.
Özet (Çeviri)
Recently, fossil fuels are used as energy sources. But these fuels are exhausting and they damage the environment. For this reason, new energy sources are needed. Hydrogen, possessing all properties of an ideal fuel, is a good candidate for being future?s fuel. Hydrogen is clean and inexhaustible because it does not exhaust poisonous gases like fossil fuels and it is the most plentiful element in universe. However, hydrogen needs to be stored effectively and reliably for a wide-spread use in the daily life. The most effective way of doing this is to store hydrogen into metal hydrides. Among the metal hydrides, magnesium based hydrides are particularly important because of their high storage capacity, low cost and abundance. Besides the hydrogen storage, nanotechnology is another important field in today?s technology. Nowadays, there is an increasing interest on nanotechnology due to the different properties of the nanosized materials. By the use of these novel materials, crumpled fabrics and stainless dyes are produced. These novel properties of nanomaterials provide many advantages for the storage of hydrogen. For example, when the size of hydrides are decreased to nanosizes, their storage capacity increases. In this work, MgH2 and Mg2NiH4 nanoparticles were synthesized by using mechanical milling method. This method is an advantageous way for synthesizing the nanoparticles. Because, hydrides can be synthesized by a single step at the room temperature, while the formation temperature of hydrides are 250-300°C in the literature. In doing the experiments, a computer controlled system was established. Lab.VIEW based computer program and the reactor, included in this system, were designed in our laboratory. During the experiments, the pressure change was observed by pressure sensor on the designed reactor. iv In these experiments, basically 3 group precursors %100 Mg, %75 Mg-%25 Ni ve %50 Mg-%50 Ni were used. As a first step, precursors were milled in the stainless steel reactor with stainless steel balls. Hydride nanoparticles were synthesized by changing the parameters such as hydrogen pressure, milling speed, sample/ball weight ratio and nickel added. Furthermore, the effect of these parameters on the amount of hydrogen and the rate of storage was investigated by using x-ray powder diffraction patterns and pressure-time curves. It is observed that the increase in the milling speed and sample/ball weight ratio causes an increase in the amount of hydride. Similarly, when the amount of pressure and amount of nickel increase, the rate of hydrogenation also increases. The result of the measurements shows that, MgH2 and Mg2NiH4 hydride nanoparticles can be synthesized by a single step at the room temperature by using mechanical milling method. It is seen that each varied parameter positively affect the rate of hydrogenation.
Benzer Tezler
- Metal hidrid yataklarında hidrojen soğurulmasının sayısal analizi
Numerical analysis of hydrogen absorption in metal hydride beds
MUHİTTİN BİLGİLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. Ö. ERCAN ATAER
- Hidrojen enerjisi üretiminde depolanmasında kullanımında yeni teknolojilerin araştırılması
New technology developments in production storage and usage of hydrogen energy
ATACAN BÜYÜKDERE
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Makine MühendisliğiMustafa Kemal ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURAN BALTACIOĞLU
- Hidrojen depo sistemleri ve dizaynı
Hydrogen storage systems and their design
MURAT ÖZBEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Makine MühendisliğiNiğde ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. MEHMET DEMİRALP
- Metal-hidrojen reaktörde absorpsiyon esnasında ısı transferinin silindirik koordinatlarda incelenmesi
Study of heat transfer in cylindrical coordinates during absorption in a metal-hydrogen reactor
MEHTAP HURŞİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Kimya MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANİFİ SARAÇ
YRD. DOÇ. DR. ABDURRAHİM BÖLÜKBAŞI
- Metal-hidrojen reaktörlerin simülasyonu
Simulation of metal-hydrogen reactors
FUAT KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Makine MühendisliğiNiğde ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. YÜKSEL KAPLAN