Hydrogen production from formaldehyde
Formaldehıtten hidrojen üretimi
- Tez No: 442156
- Danışmanlar: PROF. DR. NAİME ASLI SEZGİ, PROF. DR. TİMUR DOĞU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 216
Özet
İklim değişikliği ve daha verimli enerji sistem araştırmaları, araştırmacıları yakıt piliyle alakalı alanlara yönlendirmektedir. Günümüzde yakıt piliyle çalışan araçlara da artan bir ilgi vardır. Polimer elektrolit membranı yakıt pilleri (PEMFC) çok yaygın olarak kullanılmaktadır ve bunların ticari olan araçları halihazırda piyasada bulunmaktadır. Yüksek basınçlı hidrojen yerine metanol ve etanol gibi daha emniyetli hidrojen kaynağı sıvılar kullanılmaktadır. Bu yakıt pillerinin platinyum katalizörü besleme gazında düşük miktarda karbon monoksit içermelidir. Bu çalışmada düşük miktarda CO üreten yeni reaksiyon türleri ile katalizör sentezleri üzerinde yoğunlaşılmıştır. Buharlı formaldehit reformlaması (FSR) düşük sıcaklıklarda ürettiği sentez gazında PEM yakıt pillerine uygun, düşük miktarda CO üreteceği düşünülmüştür. Destek malzemesi olarak hidrotermal metoduyla sentezlenen SBA-15 ve nanodöküm yoluyla sentezlenen CMK-3 kullanılmıştır. Mezogözenekli destek malzemeleri SBA-15 ve CMK-3'e kütlece % 18 oranında metal yüklemesi ıslak impregnasyon yöntemiyle yapılmıştır. Bunların fiziksel ve kimyasal analizleri XRD, N2 fizisorpsiyon, XPS, ICP, SEM, TGA ve FTIR ile incelenmiştir. CuZn/SBA-15, Cu/SBA-15 ve CuZn/CMK-3 sırasıyla 381 m2/g, 394 m2/g, and 548 m2/g BET yüzey alanlarına sahiptir. Gözenek çapları CuZn/SBA-15 ve Cu/SBA-15 için 4.80 nm, CuZn/CMK-3 için 3.86 nm'dir. CuZn/SBA-15 ve Cu/SBA-15 katalizörleri 4. Tip izoterm ve H1 tipi histeresis döngüsü göstermişlerdir. Öte yandan CuZn/CMK-3 4. Tip izoterm ile H2 tipi histeresis döngüsü göstermiştir. Bakırın kristal boyutu aktivite testlerinin ardından artmıştır. CuZn/CMK-3 katalizörü hariç bütün sentezlenen katalizörlerin yapısında asit bölgeleri vardır. Ticari bakır bazlı katalizörün (HIFUEL R120) aktivitesi bir sabit yataklı akışkan reaktör sisteminde 175-250°C sıcaklıkları arasında test edilmiştir. Diğer sentezlenen üç katalizör ise sadece 250°C'de test edilmiştir. HIFUEL R-120, formaldehiti düşük sıcaklıklarda bile % 100 dönüştürmüştür. Hidrojen verimi artan sıcaklıkla birlikte artarak 250°C'de maksimum teorik değerine ulaşmıştır. Dahası, HIFUEL R-120 katalizörünün 225 ve 250°C'deki başlama evreleri hariç, CO oluşmamıştır. Bu özellikler, katalizörün ve reaksiyonun PEM yakıt pili uygulamalarına uygunluğunu göstermektedir. Cu/SBA-15 de sentezlenen katalizörler içerisinde en aktifi bulunmuştur. Ancak, katalizör, aktivitesini kararsızlık sebebiyle hızla kaybetmiştir. CuZn/SBA-15 katalizöründeki gibi, katalizöre Zn eklenmesi kararlılığını ve içerisindeki bakır dağılımını verimli bir biçimde artırmış ve kristal boyutunu azaltmıştır. Cu/SBA-15'e Zn eklenmesinin aynı zamanda katalizörün asitliğini artırdığı bulunmuştur. CuZn/CMK-3 kararlılık göstermiş, ama aynı zamanda asitlik özellikleri olmadığı için metanol ve formaldehit buhar düzeltiminde yetersiz aktivite göstermiştir. Sentezlenen katalizörler CO üretmemiştir. Bu katalizörler de PEM yakıt pili sistemlerine uygundur. FSR reaksiyonlarının aktivite testlerinde, HIFUEL R-120 genel ve metanol dönüşümleri, ürün seçiciliği ve hidrojen verimi bakımından bütün katalizörler içerisinde en başarılı olarak bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Climate change and more efficient energy system research have directed researchers to fuel cells related fields. There is much interest in onboard fuel cell vehicles nowadays. Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) are very widely used and commercial onboard systems are readily on sale. Rather than pressurized hydrogen, much safer liquid hydrogen feedstock such as methanol and ethanol are being used. However, fuel cell's platinum catalyst requires low amounts of carbon monoxide in the cell feed. This study focuses on new reaction types and catalyst syntheses that can produce low amounts of CO. Formaldehyde steam reforming (FSR) is thought to be producing syngas having low amount of CO compatible with the PEMFC at low temperatures. As support materials SBA-15 synthesized by hydrothermal method and CMK-3 synthesized by nanocasting were used. 18 wt. % of metal loading to SBA-15 and CMK-3 mesoporous supports was performed by wet impregnation method. Their chemical and physical properties were investigated by XRD, N2 physisorption, XPS, ICP, SEM, TGA and FTIR. CuZn/SBA-15, Cu/SBA-15 and CuZn/CMK-3 had BET surface areas of 381 m2/g, 394 m2/g, and 548 m2/g, respectively. Pore diameters were 4.80 nm for both CuZn/SBA-15 and Cu/SBA-15, and 3.86 nm for CuZn/CMK-3. The behavior of CuZn/SBA-15 and Cu/SBA-15 catalysts resembled Type IV isotherm behavior with H1 type hysteresis loop. On the other hand, CuZn/CMK-3 showed Type IV isotherm with H2 hysteresis loop. Crystal size of copper increased after activity tests. All the synthesized catalysts had acid sites in their structure except the CuZn/CMK-3 catalyst. A commercial copper based catalyst's (HIFUEL R120) activity was tested by a fixed-bed flow reactor system between 175-250°C. Other three synthesized catalysts were tested only at 250°C. HIFUEL R-120 converted formaldehyde 100 % at even low temperatures. Hydrogen yield increased with increasing temperature and reached to its maximum theoretical value at 250°C. Furthermore, CO was not formed, except for startups at 225 and 250°C in the presence of HIFUEL R-120 catalyst. These traits show the suitability of the catalyst and reaction for PEMFC applications. Cu/SBA-15 was also found the most active one among the synthesized catalysts. However, it lost its activity fast over time due to instability. Zn addition was found to increase stability of catalyst and dispersion of copper efficiently with less crystal size as in the CuZn/SBA-15 catalyst. Zn addition to Cu/SBA-15 was also found to increase the acidity of the catalyst. CuZn/CMK-3 had stability, but had also insufficient activity for methanol and formaldehyde steam reforming due to lack of acidic properties. The synthesized catalysts did not produce any CO. They all are also suitable for PEMFC systems. In the activity tests of FSR reactions, HIFUEL R-120 resulted in the most successful in terms of overall and methanol conversion, product selectivity and hydrogen yield amongst all the tested catalysts.
Benzer Tezler
- Unraveling structure-functionality relationships of shape-defined Cu2O nanocrystal model catalysts for methanol decomposition
Metanol bozunması için şekil tanımlı Cu2O nanokristal model katalizörlerin yapı-fonksiyonellik ilişkilerinin aydınlatılması
KAAN KARACA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMRAH ÖZENSOY
- Ham petrol sahalarından izole edilen sülfat indirgeyen bakterilerin korozyon etkisinin belirlenmesi ve önlenmesi
Determination and prevention of corrosion effects of sulphate reducing bacteria isolated from crude oil field
DEMET ÇETİN
- Removal of formaldehyde and BTEX in indoor air using activated carbon produced from horse chestnut (Aesculus hippocastanum L.) shell
At kestanesi (Aesculus hippocastanum L.) kabuğundan üretilmiş aktif karbon ile iç ortam havasından formaldehit ve BTEX giderimi
KAAN IŞINKARALAR
Doktora
İngilizce
2020
Çevre MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLEN GÜLLÜ
- Mısır koçanı ksilanından mikro/nanokompozit eldesi
Synthesis of micro/nanocomposite from corn cob xylan
CÜNEYT HÜSEYİN ÜNLÜ
