Metanolden hidrojen üretimi için katalizör geliştirilmesi
Development of catalyst for hydrogen production from methanol
- Tez No: 990872
- Danışmanlar: PROF. DR. NURAY OKTAR, DR. ÖĞR. ÜYESİ DORUK DOĞU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Doktora tez çalışması kapsamında, metanol parçalanma reaksiyonu ile hidrojen üretimi için aktif ve kararlı katalizörler geliştirilmiştir. Çalışmada, Al2O3 destek malzemesine CaO ilavesinin, aktif metal (Pd) ekleme yönteminin, ikinci metal (Co, Gd veya Ce) ilavesinin ve metal miktarlarının (Pd ve Ce) katalitik aktivite üzerindeki etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla; Al2O3, CaO ve Al2O3-CaO destekli katalizörlerin yanı sıra, kendine özgü kristal yapısında Al2O3 ve CaO içeren mayenit destekli katalizörler sentezlenmiştir. Sentezlenen seriler; kütlece %1 Pd içeren katalizörler, toplam metal içeriği kütlece %1 olan eş oranlı Pd-M (M = Co, Gd, Ce) bimetalik katalizörler ve Pd içeriği kütlece %0,25'te sabit, Ce içeriği kütlece %0,5–5 aralığında değiştirilen mayenit destekli katalizörlerden oluşmaktadır. Sentezlenen katalizörlerin fiziksel ve yapısal özellikleri XRD, FTIR, Raman spektroskopisi, N2 adsorpsiyon-desorpsiyon, piridin adsorplanmış DRIFTS, CO2-TPD, SEM-EDS, ICP-OES ve XPS analizleriyle karakterize edilmiştir. Al2O3 ve CaO ticari olarak temin edilirken mayenit malzemesi sitrat sol-jel yöntemi ile sentezlenmiştir. Sentez parametrelerinden metal tuzu/sitrik asit (MT/SA) molar oranı (1 veya 1/2), kalsinasyon sıcaklığı (900–1200 ℃) ve pH (0,4–2) değerlerinin nihai yapı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Optimum sentez koşulları pH değeri 2, MT/SA:1/2 ve kalsinasyon sıcaklığı 1200 ℃ olarak belirlenmiştir. Sentezlenen katalizörlerin katalitik aktivite test çalışmaları sürekli akış sabit yataklı reaktör sisteminde 100–400 ℃ sıcaklık aralığında yürütülmüştür. Al2O3 yapısına CaO ilavesi ile asidik yapı baskılanmış, böylece metanol dehidrasyon reaksiyonu ile üretilen DME seçiciliği azaltılarak H2 ve CO seçiciliği arttırılmıştır. Reaksiyon sonrası gerçekleştirilen XRD ve Raman spektroskopisi analizleri katalizörlerde karbon birikimi olmadığını göstermiştir. Mayenit destekli Pd katalizörler, düşük yan ürün seçicilikleri ve yüksek metanol dönüşümü ile üstün katalitik performans sergilemiştir. Özellikle mayenit destekli Pd katalizörüne Ce katkısı, katalitik aktivitede dikkat çekici bir iyileşme sağlamıştır. 350 ℃ sıcaklıkta 0,5Pd@SGM ve 1Pd@SGM katalizörleri sırasıyla %74,1 ve %78,6 dönüşüm sağlarken; 0,5Pd-0,5Ce@SGM katalizörü ile metanol dönüşüm değeri %98 seviyesine ulaşmıştır.
Özet (Çeviri)
Within the scope of the doctoral thesis, active and stable catalysts were developed for hydrogen production via methanol decomposition. The study aimed to investigate the effects of CaO addition to the Al2O3 support, the method of active metal (Pd) addition, the addition of a second metal (Co, Gd, or Ce), and metal loadings (Pd and Ce) on catalytic activity. For this purpose, in addition to Al2O3, CaO, and Al2O3-CaO supported catalysts, mayenite-supported catalysts containing Al2O3 and CaO in their unique crystal structure were synthesized. The synthesized series consisted of catalysts containing 1 wt.% Pd, bimetallic Pd-M (M = Co, Gd, Ce) catalysts with a total metal content of 1 wt.% in equal ratios, and mayenite-supported catalysts with a fixed Pd content of 0.25 wt.% and Ce content varying in the range of 0.5–5 wt.%. The synthesized catalysts were characterized by XRD, FTIR, Raman spectroscopy, N2 adsorption-desorption, pyridine-adsorbed DRIFTS, CO2-TPD, SEM-EDS, ICP-OES, and XPS analyses. While Al2O3 and CaO were obtained commercially, mayenite material was synthesized via the citrate sol-gel method. The effects of synthesis parameters, namely the metal salt/citric acid (MS/CA) molar ratio (1 or 1/2), calcination temperature (900–1200 ℃), and pH (0.4–2) on the final structure were investigated. Optimum synthesis conditions were determined as pH value of 2, MS/CA ratio of 1/2, and calcination temperature of 1200 ℃. Catalytic activity tests of the synthesized catalysts were carried out in a continuous flow fixed-bed reactor system in the temperature range of 100–400 ℃. The acidic structure was suppressed by the addition of CaO to the Al2O3 structure; thus, the selectivity for DME produced by the methanol dehydration reaction was reduced, while H2 and CO selectivities were increased. Post-reaction XRD and Raman spectroscopy analyses showed no carbon deposition on the catalysts. Mayenite-supported Pd catalysts exhibited superior catalytic performance with low by-product selectivities and high methanol conversion. In particular, Ce addition to the mayenite-supported Pd catalyst provided a remarkable improvement in catalytic activity. At 350 ℃, while 0.5Pd@SGM and 1Pd@SGM catalysts exhibited conversions of 74.1% and 78.6% respectively, the methanol conversion reached 98% with the 0.5Pd-0.5Ce@SGM catalyst.
Benzer Tezler
- Metanolden reformlama tepkimeleri ile hidrojen üretimi için reaktör sistemi tasarımı ve simülasyonu: katalizör geliştirilmesi ve kinetik model çalışmaları
Reactor system design and simulation for hydrogen production from methanol by reforming reactions: catalyst development and kinetic model studies
ORHAN ÖZCAN
Doktora
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE NİLGÜN AKIN
- Süperkritik metanol ortamında hint fıstığı (jatropha curcas) yağından biyodizel üretimi için katalizör geliştirilmesi ve biyodizel verimliliğinin araştırılması
Developing catalyst for biodiesel production from jatropha curcas oil, and investigation of biodiesel efficiency in supercritical methanol environment
VELİD DEMİR
Doktora
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT AKGÜN
- Modifiye fotokatalizörlerin sentezi, tanımlanması ve fotokatalitik hidrojen üretimi
Synthesis and characterization of photocatalysts and photocatalytic hydrogen production
MÜNEVVER ZEYNEP SELÇUK
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Enerjiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL BOZ
- Photoelectrocatalytic Water Splitting on Tungsten (VI) Oxide Films Prepared by Supercritical Deposition in a Cold-wall Reactor and by a Hydrothermal Technique
Soğuk-duvar Reaktöründe Süperkritik Deposizyon ve Hidrotermal Yöntemler ile Hazırlanan Tungsten (VI) Oksit Filmler Üzerinde Fotoelektrokatalitik Su Ayrışımı
GÖZDE TEKELİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ERKEY
DR. ÖĞR. ÜYESİ SARP KAYA
- Sodyum borhidürürün elektrokimyasal oksidasyon ile yakıt pillerinde doğrudan kullanımı
Direct use of sodium borohydride by electrochemical oxidation in fuel cells
AYŞE ELİF SANLI
Doktora
Türkçe
2008
EnerjiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEKİR ZÜHTÜ UYSAL