Geri Dön

Gold supported on tungstated zirconia: Synthesis, characterization and in situ FT-IR investigation of NOx+C3H6 surface reactions

Tungstenlenmiş zirkoniya destekli altın: Sentez, niteleme ve NOx+C3H6 yüzey tepkimelerin yerinde FT-IR ile incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 305821
  2. Yazar: SERDAR MAMETSHERİPOV
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MARGARİTA KANTCHEVA
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Bölümü
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 87

Özet

Tungstenlenmiş zirkoniya destekli altının azot oksitlerin (NOx) propenle seçici katalitik indirgenmesini (SKİ) katalizleme potansiyeli yerinde FT-IR spektroskopisiyle incelenmiştir. Tungstenlenmiş zirkoniya numuneleri hem doyurulma hem ortak çöktürme yöntemleriyle amonyum metatungstat (AMT) öncülünden sentezlendi. Altın, destek malzemeleri üzerine (Au(en)2]Cl3 kompleksin (en=etilendiamin) sulu çözeltisinden katyonik adsorpsiyon yöntemiyle depolandı. Numunelerin yapısal ve yüzey özellikleri XRD, XPS, BET, DR-UV-Vis, ICP-MS ve FTIR spektroskopisi yöntemleriyle incelendi. Alınan sonuçlara göre, numuneler politungstat türlerin tek katman tabakasını barındıran tetragonal zirkoniya kristalitlerinden oluşmaktadır. Altın parçacıkları, tercihen WOx-içermeyen zirkoniya yüzeyinde yerleşmekte ve altının dağılımı doymamış koordinasyona sahip Zr4+ iyonların miktarına bağlıdır. Zirkoniyanın tungstenle değiştirilmesi altının depolanmasını kolaylaştırmakta ancak aynı zamanda doymamış koordinasyona sahip Zr4+ iyonların miktarını azaltarak altın kümelerinin dağılımını azaltmaktadır.WOx-içermeyen (Au/ZrO2) ve WOx-içeren zirkoniya destekli altın (Au/xWZ-I, ?I? doyurulma yöntemiyle WO3'nın eklenmesini ve x = 5,12, ve 20 WO3'nın kütlesel yüzdesini simgelemekte) numunelerinin NO+O2 gaz karışımıyla olan etkileşimi göstermektedirki, WOx-içeren numuneler oda sıcaklığında NO2 oluşumunu sağlamaktadır. Oda sıcaklığında CO'nun önceden adsorplanmış NOx türlerini içeren altın numuneleri ile teması sonrası elde edilen FT-IR sonuçları altına koordine olmuş izosiyanür (NCO) oluşumunu açığa çıkarmaktadır. Ads-NOx+CO tepkimesi sonucu Au ? NCO türlerinin oluşumu 13CO kullanarak ve adsorplanmış izosiyanürlerin su buharı ile etkileşimini kullanarak ile teyit edilmiştir. Altın izosiyanürleri yüksek ısıl kararlılık göstermekte, ancak NO2 ile oda sıcaklığında kolayca tepkimeye girmektedir. Bu bulgular, tungstenlenmiş zirkoniya destekli altının NOx'ın CO-SKİ'si için düşük-sıcaklık katalizatörü olması açısından umut verici olduğuna işaret etmektedir.C3H6 ve O2 gaz karışımının Au/ZrO2 ve Au/xWZ-I numuneleriyle teması sırasında kaydedilen FT-IR verileri Au/ZrO2 numunesinin propenin derin yükseltgenmesini katalizlediği sonucuna varmamızı sağlamaktadır. Yükselgeme-indirgeme (W=O grupları) ve Brønsted asit bölgeleri içeren altın depolanmış tungstenlenmiş numuneler hidrokarbonun kısmi yükseltgenmesini sağlamaktadırlar.Detaylı bir mekanistik inceleme sonucuna göre, Au/xWZ-I numunelerine adsorplanmış NOx türleri ortamında, propen, oda sıcaklığında izopropoksite dönüşmesi suretiyle aktif hale gelmektedir. İzopropoksidin yüzey nitrat kompleksleriyle etkileşimi nitroaseton [CH3C(O)CH2NO2] oluşumuna neden olmaktadır. Daha yüksek sıcaklıklarda (150oC) altın parçacıklarına koordine olmuş nitroasetonun içsel bir yükseltgenme-indirgenme süreciyle yüzey asetat ve Au ? NCO türlerine dönüştüğü önerilmektedir. İzosiyanürler NO yükseltgenmesi sonucu oluşan yüzey NO3 ? /NO2 kompleksleriyle tepkimeye girerek moleküler azot, N2O ve COx'u oluşturur. Aynı deneysel koşullar altında altınsız numuneler NCO türlerin oluşumuna neden olmamaktadır. Bu deneysel gerçek, Au parçacıklarının NCO türlerin oluşumunda önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Au ? NCO türlerinin miktarının en çok olduğu durum kütlece %1.8 altın ve %12 WO3 (Au/12WZ-I numunesi) içeren ZrO2-bazlı katalizatör yüzeyindedir. Bu malzeme iki önemli özelliğe sahip. Birincisi, yüzeyinde altın parçacıkların çok iyi bir şekilde dağılmış olması, ikincisi ise yüzeyinde yeteri miktarda Brønsted asit bölgelerini bulundurmasıdır (propenin aktif hale gelmesi için gerekli). Katalitik etkinlik ölçümlerine dayanılarak, incelenilen maddeler arasında Au/12WZ-I katalizatörünün NOx'ın C3H6-SKİ'si için gelecek vaadettiği sonucuna varılmıştır.

Özet (Çeviri)

The potential of gold supported on tungstated zirconia as a catalyst for selective catalytic reduction of NOx with propene (C3H6-SCR) was investigated by in situ FT-IR spectroscopy. Samples of tungstated zirconia were prepared by both impregnation and coprecipitation methods using ammonium metatungstate (AMT) as a precursor. Gold was deposited on the supports via cationic adsorption from aqueous solution of [Au(en)2]Cl3 complex (en = ethylenediamine). The samples were characterized by XRD, XPS, BET, DR-UV-vis, ICP-MS and FT-IR spectroscopy of adsorbed CO. The results show that the samples consist of tetragonal zirconia crystallites hosting uniform layer of polytungstate species. The gold particles occupy preferentially the WOx-free zirconia surface and the dispersion of gold depends on the amount of coodinatively unsaturated (cus) Zr4+ ions. The modification of zirconia by tungsten facilitates the gold uptake but at the same time causes decrease in the concentration of (cus) Zr4+ ions thus lowering the despersion of gold clusters.The interaction of gold supported on WOx-free (Au/ZrO2) and WOx-modified zirconia samples (Au/xWZ-I, where ?I? denotes the incorporation of WO3 by impregnation and x = 5, 12, and 20 wt % of WO3) with NO+O2 gas mixture shows that the W-containing samples promote the formation of NO2 at room temperature. The FT-IR spectra obtained at room temperature during the contact of CO with gold samples containing pre-adsorbed NOx species reveal the formation of isocyanates (NCO) coordinated to gold sites. The generation of Au ? NCO species in the ad-NOx+CO reaction is confirmed by using 13CO and treatment of the adsorbed isocyanates with water vapor. The gold isocyanates display high thermal stability. However, they react readily with NO2 at room temperature. This finding suggests that gold supported on tungstated zirconia could be of interest as a low-temperature catalyst for CO-SCR of NOx.The FT-IR spectra recorded during the contact of C3H6 and O2 gas mixture with Au/ZrO2 and Au/xWZ-I samples lead to the conclusion that the WOx-free sample catalyzes the complete oxidation of propene. The Au-promoted tungstated samples, which contain redox (W=O groups) and Brønsted acid sites, favor the partial oxidation of the hydrocarbon.The results of a detailed mechanistic investigation show that the activation of propene in the presence of NOx species adsorbed on Au/xWZ-I samples takes place at room temperature producing surface isopropoxides. The interaction of the latter species with the surface nitrate complexes leads to the formation of nitroacetone [CH3C(O)CH2NO2]. It is proposed that at higher temperatures (e.g. 150oC) the nitroacetone coordinated to gold particles transforms through an internal redox process producing surface acetates and Au ? NCO species. The isocyanates react with the NO3 ? /NO2 surface complex formed by oxidation of NO yielding molecular nitrogen, N2O and COx as reaction products. The gold-free samples do not cause the formation of NCO species under the same experimental conditions. This experimental fact suggests that the Au particles play fundamental role in the formation of the NCO species. The amount of Au-NCO species produced is the highest on ZrO2-based catalyst containing 1.8 wt % of gold and 12 wt % of WO3 (Au/12WZ-I sample). This material combines better gold dispersion with sufficient amount of Brønsted acid sites necessary for the activation of propene to hydrocarbon oxygenates leading to the formation of nitroacetone. Based on the catalytic activity measurements, it is concluded that among the materials studied, the Au/12WZ-I catalyst could be promising in the C3H6-SCR of NOx.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    129386

    Selective low temperature carbon monoxide oxidation in H2-rich gas streams over zeolite and activated carbon upported catalysts

    Hidrojence zengin gaz karışımlarında zeolit ve aktif karbon destekli katalizörlerin üzerinde düşük sıcaklıkta seçici karbon monoksit oksitlenmesi

    ŞEYMA ÖZKARA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2002

    KimyaBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU

  2. Tez No

    877392

    Altın, grafen ve alkantiyol hetero katmanlı süper örgülerin yapısal ve elektronik özellikleri

    Structural and electronic properties of heterolayered gold, graphene and alkanethiol superlattices

    MERVE YORTANLI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Fizik ve Fizik MühendisliğiBalıkesir Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERSEN METE

  3. Tez No

    245981

    A study on bimetallic water gas shift catalysts to be used in fuel processing

    Yakıt proseslemede kullanılacak çift metalli su-gaz değişim katalizörleri üzerine bir çalışma

    SABRİYE GÜVEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    Kimya MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    PROF. AHMET ERHAN AKSOYLU

  4. Tez No

    286422

    Design and development of catalysts and adsorbents for COX free H2 production

    COX?ten arındırılmış H2 üretimine yönelik katalizör ve adsorbanların tasarımı ve geliştirilmesi

    BURCU SELEN ÇAĞLAYAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Kimya MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU

  5. Tez No

    693804

    Çinko madenciliği ve metalurji endüstrisi: Türkiye'de çinko izabe tesisi fizibilitesi ve planlaması

    Zinc mining and metallurgy industry: Feasibility and planning of zinc smelter plant in Turkey

    UMUT DOĞAN TURUNÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CEM KAHRUMAN

Geri Dön