Novel bimetallic mesoporous catalysts for hydrogen production through steam reforming of ethanol
Etanolun su buharı ile reformlanması ile hidrojen üretimi için yeni çift metalli mezo-gözenekli katalizörler
- Tez No: 318808
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜLŞEN DOĞU, PROF. DR. TİMUR DOĞU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 236
Özet
Hidrojen, fosil yakıtların tükenişi ve buna bağlı çevre problemleri nedeniyle, yeni bir alternatif enerji kaynağı olarak kabul edilmektedir. Biyo-etanolun buharla reformlanması yüksek CO2 nötürlüğü ile hidrojen üretimi için yüksek potansiyele sahiptir. Ni, Pd ve Pt metalleri, etanolün buhar reformlama reaksiyonu için en aktif metallerdirler. Nikelin destek katalizörlere küçük miktarlarda Pd veya Pt eklenmesi, katalitik aktivitenin ve kararlılığın artırılması için başarılı bir yöntemdir. Düşük kok oluşumu ve yüksek hidrojen verimi gösteren aktif ve kararlıkatalizörlerin geliştirilmesi son yıllarda araştırmacıların ilgisini çekmektedir.Çift metalli, MCM-41 tipi, iyi dağılmış Ni ve Pd nano topları içeren mezogözenekli katalitik malzemelerin sentezi, emdirme teknikleriyle gerçekleştirilmiştir. Bu malzemelerin TEM fotografları ve XRD analizleri, 15-25 nm ve 5-8 nm çaplarında Ni ve Pd nanotopları oluşumunu göstermiştir. Bu malzemeler, 1-5 nm aralığında çok dar gözenek boyut dağılımına sahiptir. Kalsine edilmiş örneklerde, nikelin oksitlenme seviyesi Ni+3 ve Ni+2 ,indirgenmiş örneklerde ise çoğunlukla Ni0 mevcut iken Ni+2 de bulunmaktadır. Kalsinasyon sonrasında NiOx kristalleri oluşumu gerçekleşmiştir. Ni/MCM-41'e nikel emdirilmesi NiO'in indirgenme sıcaklığında 50 °C'lik düşüşe neden olmuştur. Katalik malzemelerin aktiviteleri etanolün su ile buharlanması reaksiyonunda test edilmiştir. Tüm katalizörler 400°C'nin üstünde yüksek dönüşüm ve yüksek hidrojen verimi göstermiştir. PdNi emdirilmiş MCM-41 ile desteklenmiş katalizörler yüksek dönüşüm göstermişlerdir, fakat Pd eklenmesindeki metan oluşumundan dolayı daha düşük hidrojen verimi göstermiştir.MCM-41 etanolun buharla reformlanması reaksiyonu için yeterli hidrotermal kararlılığı gösterememektedir. SBA-15, MCM-41 ile cok benzer ozellikler göstermektedir ve daha geniş gözenekler ile daha yüksek hidrotermal kararliliğa sahiptir. Seryumun mükemmel oksijen tamponlama özelliği ile katalizör alanında çok farklı uygulamaları bulunmaktadır. Seryum hem kataliz destek malzemesi olarak hem de iyileştirici bir ajan olarak kullanilabilmektedir.Mezogözenekli silika bazlı ve düzenli gözenek yapılı SBA-15, hidrotermal sentez yontemi takip edilerek hazirlanmis, Pd-Ni ve Pd-Ni-Ce ile emdirilmiş mezogözenekli silica katalizörleri hazırlanmış ve etanol buhar refromlama reaksiyonunda denemistir. Bir diger yandan, seryum ile zenginlestirilmis silika yapilar, yani seriya/silika kompozitler sentezlenmistir. Ancak seriyanın termal sinterleşmesinden dolayı bu sentezler başarısız olmuştur.Seryumun destek malzeme yapisina eklenmesiyle kok olusumu ciddi şekilde düşmüştür. 600 oC'de gerceklestirilen etanolun su buhari ile reformlanmasi reaksiyonu sonrasi yapilan termal gravimetrik analizler, Ni-SBA-15 (Ni/Si=0.10) katalizöründe kok oluşumunu %40 iken NiCe-SBA-15 (Ni/Si=0.10, Ce/Si=0.50) katalizöründe %10 olduğunu göstermiştir. NiCe emdirilmiş silika katalizörlerle yürütülen aktivite calişmalari 600 oC'de tam etanol dönüşümü ve 4'ten yuksek hidrojen verimi gostermistir (en fazla 6). SBA-15 etanolün su buharı ile reformlama reaksiyonlarında MCM-41'den daha kararlı olduğu bulunmuştur.En yüksek hidrojen verimi NiCe emdirilmiş AlMCM-41 destekli katalizörlerle elde edilmiştir. Silika matriksindeki alumina (3% kütlece) katalizöre asidik özellikler vermesi sayesinde katalitik aktiviteyi artırmıştır. Eş ve ardışık zamanlı Ni ve Ce emdirilmeleri de incelenmiştir. Ce/Si ve Ni/Si moar oranları 0.10 olan AlMCM-41 destekli, ardışık Ce ve Ni emdirilmiş katalizör çok yüksek katalitik aktivite ( başlangıçtaki hidrojen verimi 5.8) göstermiştir. AlMCM-41 destekli katalizör yüksek aktivite ve bu nedenle kok oluşmasından dolayı daha az kararlıdır.
Özet (Çeviri)
Hydrogen is considered as an alternative clean energy source due to the depletion of fossil fuels and related environmental problems. Steam reforming of bio-ethanol, has excellent potential for hydrogen production, with CO2 neutrality. Ni, Pd and Pt are the most active metals for steam reforming of ethanol. Improving catalytic activity of supported Ni catalyst by incorporating small amount of Pd or Pt is a successful method for increasing activity and stability of the catalyst. Development of active and stable catalysts with low coke formation and high hydrogen yield attracted major attention of researchers in recent decades.MCM-41 supported bimetallic mesoporous catalytic materials containing well dispersed Ni and Pd nanoballs were synthesized following an impregnation procedure. TEM images and XRD analysis of these materials indicated the formation of nickel and palladium nanoballs of 15-25 nm and 5-8 nm respectively, within the synthesized materials. These materials have quite narrow pore-size distributions in the range of 1-5 nm. In the calcined materials, nickel was in Ni+3 and Ni+2 states, however in the reduced sample most of the nickel was in Nio state, together with some NiO. Formation of NiOx crystals takes place after the calcination step. Impregnation of palladium into Ni/MCM-41 caused a decrease in the reduction temperature of NiO for about 50oC. Activity of the catalytic materials were tested in the reaction of steam reforming of ethanol.all the catalysts showed high conversion and quite high hydrogen yield over 400 oC. PdNi impregnated MCM-41 supported catalysts showed higher conversion of ethanol but lower hydrogen yield than Ni impregnated catalysts due to methane formation in the case of Pd incorporation.However, MCM-41 does not show enough hydrothermal stability for steam reforming of ethanol reaction. SBA-15 has very similar physical properties of MCM-41 with larger pores and high hydrothermal stability. Ceria also has widespread applications in catalysis area with its excellent oxygen buffering capacity. It can be used as catalyst support and also an improving agent for silica supports.Mesoporous silica SBA-15 with ordered pore structure was synthesized following a hydrothermal procedure and then bimetallic Ni-Ce and Pd-Ni-Ce incorporated mesoporous silica catalysts were prepared and tested in steam reforming of ethanol. On the other hand, ceria enriched silica structures i.e cerium/silicate composites were also synthesized. However the syntheses were unsuccessful due to the thermal sintering of ceria.Addition of ceria to the support structure decreased coke formation significantly.. According to the thermal gravimetric analysis studies conducted after ethanol steam reformin reaction at 600 oC, coke formation with Ni-SBA-15 (Ni/Si=0.10) catalyst was 40% and it was 10% with NiCe-SBA-15 (Ni/Si=0.10, Ce/Si=0.50) Activity test results obtained with Ni incorporated silica catalysts in steam reforming of ethanol gave high hydrogen yield over 4 (max. 6) and complete conversion of ethanol at 600 oC. SBA-15 found to be more stable catalyst than MCM-41 in the steam reforming of ethanol reaction.The highest hydrogen yield values were achieved by AlMCM-41 supported Ni-Ce impregnated catalysts. Aluminum in the slica matrix (3% wt.) increased the catalytic activity significantly, by giving acidic properties to the catalyst. Simultaneous and consecutive Ni and Ce impregnation were also examined. AlMCM-41 supported, consecutively Ce and Ni impregnated catalysts with Ce/Si and Ni.Si molar ratio sof 0.10, showed very high catalytic activity (5.8 at the beginning). AlMCM-41 supported catalyst were less stable because of high activity and consequently coke formation.
Benzer Tezler
- Development of highly efficient platinum nanocatalysts for the dehydrogenation of ammonia borane via rational design of graphitic carbon nitride-based heterojunction photocatalysts
Grafitik karbon nitrür temelli heteroeklem fotokatalizör tasarımları ile amonyak boranın dehidrojenlenmesinde etkinliği yüksek platin nanokatalizörlerinin geliştirilmesi
MERVE AKSOY
Doktora
İngilizce
2021
EnerjiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖNDER METİN
- Soy metal katkılı katalizörler varlığında biyokütleden hidrojen üretim çalışmaları
Hydrogen production from biomass in the presence of nobel metal doped catalysts
İLKİN TUĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KIRALİ MÜRTEZAOĞLU
- Mesoporous graphitic carbon nitride supported CoPd alloy nanoparticles as catalysts for various reactions of terpenes
Terpenlerin çeşitli dönüşüm tepkimeleri için mezogözenekli grafitik karbon nitrüre destekli CoPd alaşım nanokatalizörleri
AHSEN SARE YALIN
- Novel glycerol dry reforming catalysts with monometallic and bimetallic active sites
Monometalik ve bimetalik aktif bölgelere sahip yeni gliserol kuru reform katalizörleri
SALİM CAN AKYÜREK
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMRAH ÖZENSOY
- Preparation and characterization of highly active ruthenium nickel bimetallic nanocatalyst for dehydrogenation of ammonia borane
Amonyak borandan hidrojen eldesi için yüksek etkinlikli rutenyum nikel ikili metalik nanokatalizör hazirlanmasi ve karakterizasyonu
CEYHUN YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
EnerjiGebze Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN ÖZTÜRK
DOÇ. DR. ERCAN ÖZDEMİR