Synthesis and characterization of STA incorporated mesoporous materials as catalysts for polyethylene pyrolysis
Polietilen pirolizi için katalizör olarak STA içerikli mezogözenekli malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu
- Tez No: 442243
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NAİME ASLI SEZGİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Atık polimerlerin geri dönüşümü için bir proses olan polimerlerin pirolizi, doğada çok miktarda plastik atığın mevcut olmasına bağlı olarak son yıllarda büyük ilgi toplamıştır. Ancak polimerin uzun zincirli kimyasal bağının kırılması için degredasyon prosesi dışarıdan yüksek miktarda enerji gerektirmektedir. Bu nedenle güçlü asit bölgeleri olan uygun katalizörler gereklidir. Yüzey alanı yüksek silika yapılı dar gözenek dağılımlı mezogözenekli malzemeler bu reaksiyonlar için mükemmel katalizörlerdir. Ancak piroliz reaksiyonları için gerekli olan asit bölgelerine sahip olmadıkları için, bu katalizörler uygun malzemelerin yüklenmesiyle sentezlenmektedir. Piroliz reaksiyonlarında katalizörün aktivitesini artırmak amacıyla güçlü asit bölgelerine sahip heteropoliasitler bu katalizörlere yüklemek için iyi bir seçimdir. Silikatungstik asit (STA) yüklü MCM-41 katalizörleri, 400°C kalsinasyon sıcaklığında, 0,25'lik W/Si mol oranında, 1,2 ve 1,4 sentez çözeltisi pH değerlerinde hidrotermal olarak sentezlenmiştir. pH değeri 1,2 olan STA yüklü MCM-41 katalizörünün X-ışını kırınım analizi, bu katalizörün MCM-benzeri bir yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Nitrojen adsorpsiyon-desorpsiyon analizine göre sentezlenen MCM-41 katalizörleri mezogözenek çap aralığındadır ve adsorpsiyon-desorpsiyon branşları karakteristik Tip IV izotermlerini yansıtmıştır. pH değeri 1,2 olan STA yüklü MCM-41 katalizörünün yüzey alanı 234,08 m2/g'dır. Bu katalizörün EDS analizi, STA'nın MCM-41 yapısına katılımının yüksek olduğunu göstermiştir. DRIFTS analizi, STA eklenmesi ile bu katalizörün Lewis asit bölgelerine ek olarak Bronsted asit bölgeleri olduğunu göstermiştir. STA yüklü SBA-15 katalizörü, 250 °C kalsinasyon sıcaklığında 0,1'lik W/Si mol oranında yüksek asidik sentez çözeltisinde hidrotermal yöntemle sentezlenmiştir. X-ışını kırınım analizi, STA yüklü SBA-15 malzemesinin düzenli silika yapısına sahip olduğunu göstermiştir. Nitrojen adsorpsiyon-desorpsiyon analiz sonuçlarına göre sentezlenen SBA-15 katalizörü mezogözenek çap aralığındadır ve karakteristik Tip IV izotermini yansıtmıştır. STA yüklü SBA-15 katalizörünün yüzey alanı 448,49 m2 /g olarak bulunmuş olup bu değer sentezlenen STA yüklü MCM-41 katalizörlerindeki yüzey alanı değerlerinden yüksektir. EDS analizi sonucu, STA'nın SBA-15 yapısına katılımının düĢük oranda olduğunu göstermiştir. Sentezlenen katalizörlerin aktivitesini test etmek için azot atmosferi ortamında termogravimetrik analizi gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen katalizörler arasında, pH değeri 1,2 olan STA yüklü MCM-41 ve SBA-15 katalizörleri polietilen degradasyon reaksiyonunda iyi performans göstermiştir. Bu katalizörler aktivasyon enerjisi ve degradasyon sıcaklığını önemli ölçüde (130 kJ/mol'den 53,4 kJ/mol'e ve 59,3 kJ/mol'e) düşürmüştür. Bu nedenle, sentezlenen bu iki katalizör polietilen piroliz reaksiyonu için aktif katalizörlerdir.
Özet (Çeviri)
Pyrolysis of polymers, which is a process for recovery of the waste polymer, has attracted great attention in recent years due to the high amount of plastic waste present in nature. However, degradation process requires high amount of external energy to break long chain of chemical bonds in the polymer. For this reason, suitable catalysts with strong acid sites are necessary. High surface area silica structured mesoporous materials with narrow pore size distributions are excellent catalysts for these reactions. However, these catalysts are synthesized with the incorporation of appropriate materials because they lack acid sites necessary for the pyrolysis reactions. Heteropoly acids having strong acid sites are good choice to load into these catalysts in order to increase their activity in the pyrolysis reactions. Silicotungstic acid (STA) loaded MCM-41 catalysts were synthesized hydrothermally at a calcination temperature of 400 °C with the W to Si molar ratio of 0.25 and synthesis solution pH values of 1.2 and 1.4. X-ray diffraction analysis of the sample with pH value of 1.2 showed that this catalyst had an MCM-like structure. According to the nitrogen adsorptiondesorption analysis, the synthesized MCM-41 catalysts were in the mesoporous diameter range and the adsorption-desorption branches reflected the typical Type IV isotherms. The surface area of the sample having pH value of 1.2 was 234.08 m2 /g. EDS results of this catalyst revealed that there was a good incorporation of STA into MCM-41 structure. DRIFTS analysis of this catalyst showed the existence of Bronsted acid sites in addition to Lewis acid sites with STA loading. STA loaded SBA-15 catalyst was synthesized hydrothermally at a calcination temperature of 250 °C with the W to Si molar ratio of 0.1 in highly acidic synthesis solution. X-ray diffraction analysis of this catalyst showed that an ordered silica structure of SBA was obtained. According to the nitrogen adsorption-desorption analysis, the synthesized SBA-15 catalyst was in the mesoporous diameter range and reflected the typical Type IV isotherms. The surface area of this catalyst was 448.49 m2 /g which was higher than that of the synthesized STA loaded MCM-41 catalysts. EDS results of this catalyst showed that there was a low incorporation of STA into SBA-15 structure. To test the activity of the synthesized catalysts, thermogravimetric analysis was performed under nitrogen atmosphere. Among the synthesized catalysts, STA loaded MCM-41 with pH value of 1.2 and STA incorporated SBA-15 catalysts showed good performance in the polyethylene degradation reaction. These catalysts reduced activation energy and degradation temperature significantly (From 130 kJ/mole to 53.4 kJ/mole and 59.3 kJ/mole, respectively). So the two catalysts were active catalysts for the polyethylene degradation reaction.
Benzer Tezler
- Nanocomposite nafion and heteropolyacid incorporated mesoporous catalysts for dimethyl ether synthesis from methanol
Metanolden dimetil eter sentezi için nanokompozit yapıda mezogözenekli nafyon ve heteropoliasit içeren katalizörler
AYŞEGÜL ÇİFTÇİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. NAİME A. SEZGİ
PROF. DR. TİMUR DOĞU
- Zr and silicotungstic acid incorporated silicate structured mesoporous catalysts for dimethyl ether synthesis
Dimetil-eter sentezinde Zr ve silikotungstik asit içeren silika yapılı mezogöznekli katalizörler
SULTAN ORMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. TİMUR DOĞU
- Direct synthesis of dimethyl ether (DME) from synthesis gas using novel catalysts
Yeni katalizörler kullanarak doğrudan sentez gazından dimetil eter (DME) üretimi
AYÇA ARINAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. TİMUR DOĞU
YRD. DOÇ. DR. DİLEK VARIŞLI
- Gliserin esterifikasyon reaksiyonu için katalizör sentezi, karakterizasyonu ve performanslarının incelenmesi
Catalysts synthesis for glycerol esterification, characterization and catalysts performance test studies
EMİNE EKİNCİ
Doktora
Türkçe
2013
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURAY OKTAR
- A Unification and comparison of the methods of construction for decontralized stabilizing controllers
Ayrışık iç denetleyiciler için çözüm yöntemlerinin birleştirilmesi ve karşılaştırılması
ALİ AYDIN KOÇAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. B. ÖZGÜLER