Farklı elektrotların klor alkali prosesinde hidrojen ve klor gazı üretimine etkisi
Effect of different electrodes on hydrogen and chlorine gas production in chlor alkaliprocess
- Tez No: 1022573
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ÇAKMAKCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, klor-alkali prosesinde iyon değiştirici membran hücre teknolojisi kullanılarak farklı elektrot kombinasyonlarının klor ve hidrojen gazı üretim verimi ile enerji tüketimi üzerindeki etkileri laboratuvar ölçekli deneylerle araştırılmıştır. Çalışmanın temel amacı, klor çıkış reaksiyonu (CER) ve hidrojen çıkış reaksiyonu (HER) kinetiklerini optimize ederek spesifik enerji tüketimini (SEC) düşürecek en verimli elektrot çiftinden ve işletme koşullarının belirlenmesinden oluşmaktadır. Laboratuvar ölçekli deney düzeneğinde deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda, anolit olarak doygun NaCI çözeltisi, katolit olarak ise kütlece %20 NaOH çözeltisi kullanılmış olup bölmeler birbirinden katyon değiştirici membran ile ayrılmıştır. Araştırma kapsamında saf Ti anot ve paslanmaz çelik katot, karışık metal oksit (MMO) Ti anot ve paslanmaz çelik katot ve MMO Ti anot ve Ni katot olmak üzere üç farklı elektrot kombinasyonu, üç farklı akım şiddeti (0,5 A, 0,7 A, 0,9 A) ve üç farklı sıcaklıkta (25 °C, 35 °C ve 45 °C) toplam 27 deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. Çalışmada kullanılan membranların yüzey morfolojisi ve elementel yapısı FESEM-EDS, ATR-FTIR ve temas açısı analizleri ile değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgulara göre, MMO-Ti anot ve Ni katot kombinasyonu, katodik aşırı gerilimi önemli ölçüde minimize ederek 25 °C sıcaklık ve 0,9 A akım koşullarında %96,10 gibi teorik sınıra yakın maksimum klor üretim verimliliği ve 2,71 kWh/kg Cl2 ile en düşük SEC değeri sağlanmıştır. Buna karşın, saf Ti anotun kaplamasız kullanımı, yüzeyde yalıtkan bir TiO₂ pasivasyon tabakası oluşmasına yol açmış; bu durum hücre voltajını 10-18 V gibi yüksek değerlere yükseltmiş, klor üretimini ise neredeyse tamamen durdurarak teknik açıdan verimsiz bir sonuç ortaya çıkarmıştır. Katodik yönde ise paslanmaz çelik katot, HER'de 35 °C ve 0,9 A akımda 192 mL ile en yüksek H2 hacmini üretmiş ve %91,14 maksimum hidrojen Faraday verimine ulaşmıştır. Sonuç olarak, klor-alkali hücresi için en sürdürülebilir ve optimum performans gösteren elektrot çiftinin MMO Ti anot ve Ni katot olduğu belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the effects of different electrode combinations on chlorine and hydrogen production efficiency and energy consumption were investigated through laboratory-scale experiments using ion exchange membrane cell technology in the chlor-alkali process. The main objective was to determine the most efficient electrode pair and operating conditions that would reduce specific energy consumption (SEC) by optimizing chlorine evolution reaction (CER) and hydrogen evolution reaction (HER) kinetics. Saturated NaCl solution was used as the anolyte and 20% NaOH solution by mass solution as the catholyte, with the anode and cathode compartments separated by a cation exchange membrane. A total of 27 experimental runs were conducted using three electrode combinations (pure titanium (Ti) anode-stainless steel cathode, mixed metal oxide (MMO) Ti anode - stainless steel cathode, and MMO Ti anode - nickel cathode), three current values (0.5, 0.7, and 0.9 A), and three operating temperatures (25, 35, and 45 °C). The surface morphology and elemental structure of the membranes were evaluated by FESEM-EDS, ATR-FTIR, and contact angle analyses. According to the findings, the MMO-Ti anode/Ni cathode combination significantly minimized cathodic overvoltage, providing a maximum chlorine production efficiency of 96.10%, close to the theoretical limit, at 25 °C and 0.9 A, together with the lowest SEC value of 2.71 kWh/kg Cl₂. In contrast, the uncoated pure titanium anode led to the formation of an insulating TiO₂ passivation layer, increasing the cell voltage to 10 - 18 V and almost completely suppressing chlorine production, resulting in technically inefficient operation. For HER, the stainless-steel cathode produced the highest H₂ volume of 192 mL at 35 °C and 0.9 A, achieving a maximum hydrogen Faraday efficiency of 91.14%. Consequently, the MMO-Ti anode and Ni cathode were identified as the most sustainable and optimally performing electrode pair for the chlor-alkali cell.
Benzer Tezler
- Farklı ticari membranların klor alkali prosesinde hidrojen ve klor gazı üretim performanslarının değerlendirilmesi
Evaluation of hydrogen and chlorine gas production performances of different commercial membranes in chlor alkali process
MERVE MİHRİCAN ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Çevre MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÇAKMAKCI
- Termal dekompozisyon yöntemi ile metal oksit kaplı elektrot üretimi
Metal oxide coated electrode production via thermal decomposition method
ALİCAN ERSİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. İ. YILMAZ TAPTIK
- Elektrolize yükseltgen suyun ıspanaklara uygulanması
Application of electrolyzed oxidizing water on spinach
TUĞBA BAYDAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. FİKRET PAZIR
- Yakın kızılötesi bölgede Ag+, Cu2+ ve Hg2+ iyonlarının maskeleme ajanları ile ayrımsal ve hassas tespiti için ftalosiyanin tabanlı kimyasal sensörün geliştirilmesi
Development of a phthalocyanine-based chemical sensor for the discriminative and sensitive detection of Ag+, Cu2+ and Hg2+ ions with masking agents in the near infrared region
DİLA ÇETİN
- Electric and magneto-transport properties of magnetic and superconductive iron pnictide and skutterudite compounds
Magnetik ve süperiletken demir pniktid ve skutterudit bileşiklerinin elektrik ve magneto-transport özellikleri
MURAT SERTKOL
Doktora
İngilizce
2016
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILDIRHAN ÖNER