Investigation of NO2 and SO2 adsorption/desorption properties of advanced ternary and quaternary mixed oxides for denox catalysis
SO2 ve NO2 moleküllerinin denox katalızörü olarak kullanılan üçlü ve dörtlü karmaşık oksit yapılar üzerindeki emilim ve salınım özelliklerinin incelenmesi
- Tez No: 413249
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EMRAH ÖZENSOY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 182
Özet
Bu çalışmanın temel amacı, NOx Depolama ve İndirgeme (NDI) uygulamalarında kullanılmak üzere sülfür zehirlenmesine dayanıklı yeni nesil katalizörler sentezlemek ve bu katalizörlerin focksiyonel ve karakteristik özelliklerini incelemektir. TiO2-temelli malzemeler, sülfüre karşı göstermiş oldukları üstün direnç ile NDI katalizör literatüründe hatırı sayılır bir yere sahiptir. Fakat, bu özelliğine istinaden NOx depolama görevini yeteri kadar yerine getirememekle birlikte, BaO (NOx depolayıcı oksidik yapı) ile kuvvetli bir etkileşime girerek, yapıda bulunmasını istemediğimiz düşük yüzey alana sahip BaTiOx gibi türler oluşturmaktadır. Bu çalışmanın genelinde vurgulamak istenen nokta, BaO ve TiO2 arasındaki etkileşimi engelleyecek yeni bir katalitik malzeme sentezi ve bu amaçla ZrO2 ve Al2O3 oksitlerini iki taraf arasında bir set olarak kullanıp, geniş bir sıcaklık aralığında aktif bir katalizör ortaya konulmaktadır. Bu amaçlar doğrultusunda, ikili ve üçlü metal oksit malzemeler, ZrO2/TiO2 (ZT) ve Al2O3/ZrO2/TiO2(AZT), sol-gel yöntemi ile sentezlendi ve bu yapılar daha sonra ıslak emdirme yöntemi ile kütlece farklı oranlarda Pt, BaO ve K2O (%1 Pt; % 8 ve 20 BaO; %2.7, 5.4 ve 10.0 K2O) ile zenginleştirilerek; Pt/ZT, Pt/AZT, Pt/BaO/AZT, Pt/K2O/AZT ve Pt/BaO-K2O/AZT katalizörleri elde edildi. Sentezlenen bütün taban/altaş/destek malzemeleri ve NOx Depolama İndirgeme (NDİ) katalizörlerinin yüzey yapıları, katalitik özellikleri ve farklı gaz türlerinin yüzeye bağlanma geometrileri, sıcaklığa ve malzemelerin kompozisyonlarına bağlı olarak XRD, Raman specktroskopisi, BET, TPD ve Infrared Specktoskopisi yöntemleri ile detaylı ve sistematik bir şekilde incelendi. Elde ettiğimiz sonuçlar doğrultusunda, TiO2 içeren katalizörlerin bünyesinde BaTiOx ve/veya KTiOx türü istenmeyen yapılar gözlenmemiştir.Son olarak, gerçekçi operasyonel şartlara benzer ortamlarda ve akış reaktörleri kullanılarak, mevcut çalışma kapsamında sentezlenen katalizörlerin, NOx depolama kapasitelerinin nicel analizi gerçekleştirilmiştir. Bu ölçümlerde elde edilen sonuçlar, Pt/8BaO/AZT, Pt/20BaO/AZT ve Pt/5.4K2O/AZT katalizörlerinin 473 ve 573 K' de, referans katalizör olarak kullanılan Pt/20BaO/Al'dan fazla NOx depolama kapasitesine sahip olduğunu göstermektedir. Spektroskopik ölçümler, sentezlenen yeni nesil katalizörlerin sülfüre karşı gösterdikleri direncin de ticari katalizörden çok daha yüksek olduğu gerçeğini ortaya koymaktadır.Bu çalışmalar, NOx depolama kapasitesi ve sülfür direnci arasında ince bir dengenin varlığına işaret etmektedir.Bu dengenin, katalizör yapısında mevcut bulunan BaO ve K2O miktarları ve bu türlerin yüzey dağılımı ile yakından ilgili olduğu görülmektedir.Elde edilen bu olumlu ve ümit verici sonuçlar, pridin ve amonyak emilim deneyleri ile de desteklenmektedir.Bu deneyler, AZT-temelli katalizörlerin yüzey asitliklerinin ticari katalizörden daha fazla olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The main premise of the current study is the design, synthesis and functional characterization of novel catalytic materials with superior resistance against sulfur poisoning without compromising NOx storage capacity (NSC) in their NOx Storage Reduction (NSR) catalytic applications. BaO/TiO2-based materials are well known systems in deNOx catalysis, exhibiting promising performance towards sulfur poisoning. However, they suffer from limitations due to poor NSC and high affinity towards unwanted solid state interactionsbetweenTiO2 and BaO storage domains leading to the formation of BaTiOx.The main emphasis of the current work is the design of a novel catalytic system where ZrO2 and Al2O3 act as diffusion barriers between BaO and TiO2 domains while allowing good dispersion and preservation of the individual characteristicsof these active sites within a wide operational temperature window. Along these lines, binary and ternary mixed oxide materials, ZrO2/TiO2 (ZT) and Al2O3/ZrO2/TiO2 (AZT), and their Pt, BaO and/or K2O functionalized counterparts in the form of Pt/ZT, Pt/AZT, Pt/BaO/AZT, Pt/K2O/AZT and Pt/K2O-BaO/AZT with different mass loadings (i.e. 8 and 20 wt. % 20 BaO and 2.7, 5.4 and 10 wt. % K2O) were synthesized via sol-gel synthesis. Surface structure and catalytic properties of the synthesized materials were comprehensively investigated at the molecular level as a function of calcination temperature, catalyst composition, nature of the gas phase adsorbates (e.g. NO2, SO2, O2, H2, N2, N2O C5H5N etc.) interacting with the catalyst surface at various operational temperatures by means of XRD, Raman spectroscopy, BET analysis, in-situ FTIR and TPD. Current results indicate no evidence for the formation of undesired BaTiOx and/or KTiOx. NSC of fresh monolithic catalysts was also quantitatively measured under realistic operational conditions in a tubular flow reactor system. These flow reactor measurements indicated that Pt/8BaO/AZT and Pt/20BaO/AZT materials revealed promising NOx storage and sulfur regeneration performance at low (i.e. 473 K) and moderate (i.e. 573 K) temperatures in comparison to the conventional Pt/20Ba/Al2O3 benchmark catalyst. However, they were found to be surpassed by the conventional Pt/20BaO/Al2O3 benchmark catalyst at higher operational temperatures (i.e. 673 K). Therefore, activity loss at high temperatures was alleviated by incorporating a high-temperature storage functionality (i.e. K2O) to the catalyst structure. Upon this structural enhancement, Pt/5.4K2O/AZT catalyst was found to reveal much higher NSC at high temperatures (i.e. 673 K) as compared to BaO-based materials. An overall assessment of the results presented in the current study suggests that there exists a delicate trade-off between NOx Storage Capacity (NSC) and sulfur uptake/poisoning in NSR systems which is strongly governed by the BaO and K2O loading/dispersion as well as the surface structure of the support material.
Benzer Tezler
- Kömür yakılan kazanda ve sobada ağır metal emisyonlarının incelenmesi
Başlık çevirisi yok
EMEL SAÇAKLI
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASANCAN OKUTAN
- The effects of promoters on the sulfur resistance of NOx storage/reduction catalysts: A density functional theory investigation
NOx depolama/indirgeme katalizörlerinin sülfür dayanıklılığınına etkinleştiricilerin tesiri: Bir yoğunluk fonksiyonel teorisi araştırması
RUKAN KOŞAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Bölümü
YRD. DOÇ. DR. DANİELE TOFFOLİ
YRD. DOÇ. DR. HANDE TOFFOLİ
- Investigation of SO2 pollution from coal-fired and geothermal power plants using high resolution satellite retrievals
Yüksek çözünürlüklü uydu verileri kullanılarak kömür yakıtlı ve jeotermal santrallerden kaynaklı SO2 kirliliğinin incelenmesi
SÜMEYYE SENA DEĞER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURÇAK KAYNAK TEZEL
- Investigation of urban, industrial and agricultural air pollution in the Thrace Region
Trakya Bölgesi'nde kentsel, endüstriyel ve tarım kaynaklı hava kirliliğinin incelenmesi
AHSEN HAVVA BAYRAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURÇAK KAYNAK TEZEL
- Termik santrallerin neden olduğu hava kirliliğinin sentinel-5P uydu verileriyle araştirilmasi
Investigation of air pollution caused by thermal power plants using sentinel-5P satellite data
BİLGE BÜTÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Jeodezi ve FotogrametriMersin ÜniversitesiUzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN ORHAN