Yüksek sıcaklıklarda nikel oksit tozunun etanol ile reaksiyonu
Reaction of nickel oxide powder with ethanol at high temperatures
- Tez No: 472528
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞERAFETTİN EROĞLU, YRD. DOÇ. DR. ŞENOL ÇETİNKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Nikel sahip olduğu üstün fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeniyle paslanmaz çelik, elektronik ve otomotiv endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Nikel oksit (NiO) metalik nikel üretiminin esas kaynağıdır. NiO, karbotermal redüksiyon ile katı karbon kullanılarak yüksek sıcaklıklarda (1633-1883 K) metalik Ni'e indirgenmektedir. Ancak bu reaksiyon ile nikel oksitin indirgenmesi için uzun sürelere ihtiyaç vardır. Ayrıca metalik nikel, bu işlemde kullanılan katı karbon nedeniyle P, S gibi empüriteler ile kirlenebilir. Metalik nikel üretiminde alternatif bir yöntem olarak gazla indirgeme yöntemi kullanılmaktadır. Bu proseste reaksiyon, gaz ve katı reaktanlar arasında daha düşük bir sıcaklıkta meydana gelmektedir. Yüksek indirgeyici özellikleri nedeniyle, H2 ve CH4 gazları oksitleri redüklemek için kullanılmaktadır. Etanol (C2H5OH) buharı da, içerdiği yüksek miktarda H2 sayesinde iyi oksit indirgeme potansiyeline sahiptir. Ayrıca etanol yenilenebilir, düşük toksikliğe sahip, doğada kolay çözünen ve biyokütlesel kaynaklardan (bitkilerden ve atık malzemelerden) yüksek miktarlarda üretilebilen kimyasaldır. Mevcut tez çalışmasında NiO tozunun reaksiyon davranışı Ar-C2H5OH gaz atmosferinde 14,9 Ar / C2H5OH mol oranında incelenmiştir. Deneysel çalışmalar yapılmadan önce, Ni metali elde etmek için gerekli deneysel şartları tahmin etmek ve indirgeme prosesini daha iyi anlayabilmek için NiO-C2H5OH-Ar sisteminde termodinamik analiz yapılmıştır. Bu çalışmanın amacı, 600-1100 K sıcaklık aralığında, 60 dakikalık reaksiyon süresine kadar nikel oksit tozunun etanol buharı ile olan reaksiyon davranışını araştırmaktır. Elde edilen reaksiyon ürünleri, kütle ölçüm, X-ışınları difraksiyonu ve taramalı elektron mikroskobu teknikleri ile karakterize edilmiştir. NiO'in etanol ile reaksiyonunda esasen önce oksit redüksiyonu, sonra karbon birikmesi gözlenmiştir. Önemli ölçüde indirgenme 600 K'de 45 dakika içinde elde edilmiştir. Tam oksit indirgenmesinin 650-1100 K'de 10-15 dakika içerisinde meydana geldiği görülmüştür. Bu sıcaklık aralığında indirgenme reaksiyonu, gaz reaktanların dış kütle transferi ile kontrol edilmektedir. Daha düşük sıcaklıklarda (600-650 K), indirgenme hızı, sıcaklık değişimine duyarlı olmakla birlikte, toplam gaz akış hızıyla nispeten az da olsa artmaktadır. Karbon birikiminin sıcaklığa bağımlılığı Boudouard reaksiyonu ile açıklanmıştır. Bu çalışma, termodinamik analiz tarafından öngördüğü üzere NiO in etanol kullanılarak tamamen Ni'e indirgenebildiğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Nickel (Ni) is widely used in stainless steel, electronic and automotive industries because of its superior chemical and physical properties. Nickel oxide (NiO) is the main source to produce metallic Ni. NiO is generally reduced to metallic Ni with carbothermal reduction at high temperatures (1633-1883 K) using solid C. However, this proses requires a long reaction time for the reduction of nickel oxide. Nickel can also be contaminated by impurities (e.g. P,S) because of coal used in the process. Gaseous reduction is used as an alternative production method for metallic nickel. In this process, the reaction between gas and solid reactants takes place at a lower temperature in a shorter time. Because of their high reducing capacity, H2 and CH4 are important reducing agents used in gaseous reduction process. Ethanol vapor (C2H5OH) with its high H2 content is also a good reducing gas for oxides. On the other hand, ethanol is renewable, safe to handle, biodegradable, increasingly available low in toxicity, relatively cheap, and obtained in large quantities from various sources such as biomass, plants, wasted materials. In this thesis, reaction behavior of NiO was investigated in a flowing Ar-C2H5OH atmosphere at Ar/C2H5OH molar ratio of 14.9. Prior to the experiments, thermodynamic analysis was executed to predict the experimental conditions for Ni formation in the NiO-C2H5OH-Ar system and to better understand the reduction process. This work aims to investigate reaction behavior of NiO powder in ethanol vapor at 600-1100 K for the reaction times up to 60 min. The products were characterized by mass measurement, X-ray diffraction and scanning electron microscopy techniques. The reaction of NiO with ethanol essentially consisted of oxide reduction followed by C deposition. At 600 K, significant oxide reduction was attained within 45 min. Full oxide reduction was observed at 650-1100 K within 10-15 min. At this temperature range, the reduction reaction was controlled by external mass transfer of gaseous species. At the lower temperature range 600-650 K, the reduction rate was rather sensitive to the temperature change and influenced by the total gas flow rate to a lesser degree. The temperature dependence of C uptake was explained by Boudouard reaction. This study demonstrates that NiO can be completely reduced to Ni by ethanol as predicted by the thermodynamic analysis.
Benzer Tezler
- Kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle nanoyapılı karbon büyütülmesi
Growth of nanostructured carbon by chemical vapor deposition
MELEK CUMBUL ALTAY
Doktora
Türkçe
2011
Metalurji Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERAFETTİN EROĞLU
- Nikel sülfür ateş analizi metodu ile katalitik konvertörlerdeki platin, paladyum ve rodyum metallerinin tayini ve metodun optimizasyonu
Determination of platinum, palladium and rhodium by nickel sulphide fire assay method and optimization of the method
MEHMET HAKAN MORCALI
Doktora
Türkçe
2014
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN AKMAN
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- Kullanılmış lityum-iyon pil katot malzemesindeki değerli metallerin okzalik asit çözeltisindeki liç kinetiğinin incelenmesi
Investigation of leaching kinetics of valuable metals in spent lithium-ion battery cathode material in oxalic acid solution
SAFİYE TANRIVERDİ TERZİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mühendislik Bilimleriİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDAT İLHAN
- Processing and characterization of porous titanium nickel shape memory alloys
Gözenekli titanyum nikel şekil bellekli alaşımların üretimi ve karakterizasyonu
TARIK AYDOĞMUŞ
Doktora
İngilizce
2010
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. BİLGEHAN ÖGEL
PROF. DR. ŞAKİR BOR
- Lityumca zengin nikel kobalt mangan oksit (NCM) katot üretimi ve Al2O3 yüzey modifikasyonu ile elektrokimyasal özelliklerinin geliştirilmesi
Production of lithium rich NCM cathode via sol-gel method & enhancing electrochemical properties with Al2O3 surface modification
HALİS GENÇER KÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ