A theoretical study on dry reforming of methane (CDRM) over cobalt metal
Kobalt metalinde metanın kuru reformlanması üzerine teorik çalışma
- Tez No: 286426
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Adsorpsiyon, Karbon dioksit, Karbonmonoksit, Metan, Metan gazı, Reaksiyon, Reaksiyon kinetiği, Reaksiyon mekanizması, Reform, Yüzey enerjisi, Adsorption, Carbon dioxide, Carbon monoxide, Methane, Methane gas, Reaction, Reaction kinetics, Reaction mechanism, Reform, Surface energy
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezin amacı, DFT hesaplamaları kullanılarak Co(111) yüzeyi üzerinde methanın karbon dioksitle reformlaması reaksiyonun (CDRM) adımlarını ve onun adsorpsiyonunu analiz etmektir. Bu bağlamda, adsorpsiyon/koadsorpsiyon reaktantları, reaksiyon ara ürünleri ve reaksiyon çalışıldı. LDOS analizi, gerektiğinde kullanıldı. Öncelikle CDRM'nin tüm reaktantlarının, bazı ürün ve yan ürünlerinin adsorpsiyon davranışları araştırıldı. CO2 Co(111) yüzeyinin tüm sitelerine adsorp edildi, fakat adsorpsiyon enerjileri ve LDOS profilleri CO2 adsorpsiyonunun güçlerinin çok düşük olduğunu gösterdi. Bunun yanında, CH4 adsorpsiyonu dengesizdir veya yüzey üzerinde dengeli olan CH3 ve H verir. CO adsorpsiyonları benzer adsorpsiyon enerjileri ile bütün siteler üzerinde güçlü bulundu. CH3 adsorpsiyonu, köprü sitesi hariç bütün siteleri üzerinde dengelidir. İlk önce köprü pozisyonuna konulan CH3, enerji optimizasyonu sonucu altıgensel sıkı istifli (hcp) pozisyona gitti. CH3 ve CO adsorpsiyonları için en uygun siteler sırasıyla, hcp ve tepe pozisyonlarıdır. Simulasyon sonuçları, O'nun sadece hcp sitesinde dengede olduğunu; öyle ki diğer sitelere adsorplanan O enerji optimizasyonu sonucu hcp pozisyona gittiğini gösterir. Çalışmanın ikinci kısmında, `C ve O' ve `CO ve CH3' koadsorpsiyon sistemleri farklı yüzey konsantrasyonları ve adsorpsiyon konfigurasyonları için çalışıldı. C ve O koadsorpsiyon çalışmaları, ilk coadsorpsiyon sistemleri arasında site rekabeti varsa enerji açısından optimize olmuş yapıların adsorbantların relatif yüzey kaplamasına çok duyarlı olduğunu; ilk coadsorpsiyon sistemleri için site rekabeti olduğunda C ve O etkileşiminin CO verdiğini ortaya çıkardı. Sonuç olarak, reaksiyon yolu ve ara basamakların aktivasyon enerjilerine ulaşmak için CH4 dehidrasyou ve CO oluşumunun TS çalışmaları yapıldı. Metanın hidrojen giderme aşaması, metanın ayrılmalı adsorpsiyonun oran belirleme ve yüzey karbonu üretme aşaması olarak olarak bulundu. CH'ın hidrojen gidermesi yüksek enerji bariyerine ve güçlü endotermikliğe sahip olduğu için, kinetik ve termodinamik açıdan elverişli değildir. Buna karşın CO oluşması ekzotermiktir, bu nedenle elverişlidir.
Özet (Çeviri)
The aim of this study is to analyze the adsorption and reaction steps of CDRM on the Co(111) surface by using DFT calculations. In this context, the adsorption/coadsorption of reactants, reaction intermediates, and the reaction were studied. LDOS analysis was also used whenever detailed analysis is necessary. In this study, adsorption behaviours of all reactants some products and intermediate products of CDRM reaction were investigated first. CO2 was adsorbed on all sites of Co(111) surface but adsorption energies and LDOS profiles show that the strengths of CO2 adsorption on those sites are very low. On the other hand, CH4 adsorption is either unstable or yields CH3 and H stabilized on the surface. CO adsorptions on all sites were found very strong with very similar adsorption energies. CH3 adsorption is stable on all sites, except on the bridge site, and the adsorption is strong. CH3 initially placed at bridge position assumed Hhcp position upon energy optimization. The most favorable sites for CH3 and CO adsorptions were Hhcp and atop sites, respectively. Simulation results show that oxygen adsorption is stable only at Hhcp site as O adsorbed on other sites assume Hhcp position upon energy optimization. In the second part of the work, 'C and O', and 'CO and CH3' coadsorption systems were studied for different surface concentration and adsorption configuration combinations. C and O coadsorption studies revealed that the energy optimized structures are very sensitive to relative surface coverages of the adsorbates as well as whether there is site competition between them; C and O interaction yield CO only when there is site competition. Finally, the TS searches of CH4 dehydrogenation and CO formation were carried out to obtain the reaction pathways and activation energies of elementary steps. CH4 dehydrogenation step was found as the rate-determining step of hydrogen and surface carbon production. Since CH dehydrogenation has high energy barrier and the strong endothermicity, CH dehydrogenation was found unfavorable both kinetically and thermodynamically. On the other hand, CO formation is an exothermic process and was found favorable.
Benzer Tezler
- The theoretical analysis of the interaction between methane dehydrogenation and carbon dioxide dissociation products with Ni and PtNi surfaces
Metan dehidrojenasyonu ve carbon dioksit ayrışması ürünleri ile Ni ve PtNi yüzeyleri arasındaki etkileşimin teorik analizi
MERVE AYVAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Çimento hamuru konsantrasyonunun betonun dona dayanıklılığına etkisi
The Effect of the concentration of cement paste on freezing-thawing resistance of concretes manufactured with superplasticiser admixture
AHMET CEMAL KÜÇÜKMEHMETOĞLU
- Göynük bitümlü şistlerinin akışkan yatakta su buharı pirolizi
Steam pyrolysis of Göynük oil shales in a fluidised bed
ORKUN BAYRAM
- Yenilebilir yabani bitkilerin gastronomik açıdan değerlendirilmesi: Erzurum Uzundere örneği
The effect edible wild plants evaluation in respect of gastronomy: Erzurum Uzundere example
NESLİHAN KÖKLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Gastronomi ve Mutfak SanatlarıAtatürk ÜniversitesiTurizm İşletmeciliği ve Otelcilik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NESLİHAN ÇETİNKAYA
- Medyaların Türk toplumu`nda popüler kültüre etkisi
The Impact of the popular culture in the Turkish society
NAJDA ÇILBIYIKOĞLU
Doktora
Türkçe
2000
Radyo-Televizyonİstanbul ÜniversitesiRadyo Televizyon ve Sinema Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARİF ESİN