Design and development of efficient catalysts and determination of reaction mechanism for carbon dioxide reforming of methane (CDRM)
Karbon dioksitin kuru reformlaması için etkin katalizörlerin tasarımı, geliştirilmesi ve reaksiyon mekanizmasının bulunması
- Tez No: 459385
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmanın amacı, platin grup metal içermeyen kuru reformlama katalizörleri tasarlamak ve geliştirmek, her bir katalizör bileşeninin rolünü teyit etmek, en yüksek performans için optimum reaksiyon koşullarını belirlemek ve kuru reformlama reaksiyon mekanizmasını ortaya çıkarmaktır. Aktivite ve seçicilik testlerinde sıcaklık, besleme gazlarının oranı ve kalma süresi deneysel parametreler olarak kullanılmıştır. Hem katalizörlerin hem de kuru reformlama sırasında katalizörler üzerinde biriken karbon türlerinin özellikleri SEM-EDX, TPO, XPS, HRTEM-EDX ve Raman Spektrometresi ile analiz edilmiştir. Katalizörlerin kinetik davranışları sıcaklık, besleme ve ürün kısmi basınçları parametrik olarak değiştirilerek analiz edilmiştir. Gerek katalizörlerin yüzeyi gerekse de kuru reformlama mekanizması hakkında bilgi edinmek amacıyla FTIR-DRIFT çalışmaları yürütülmüştür. Co parçacıklarının homojen dağılmış Ce parçacıklarını kısmen kapattığı belirlenmiştir. En yüksek Co/Ce oranına sahip olan katalizör için, en düşük serya indirgenme derecesi ve en yüksek O1s XP spektrumu asimetrisi, ki bu veri latis oksijen boşlukları ile adsorplanan oksijene bağlı olmaktadır, elde edilmiştir. Ayrıca, Co yüklemesi daha fazla olan katalizör örneklerindeki Co türlerinin daha çok oksitlenmiş olduğu teyit edilmiştir. Kuru reformlamada katalizör sisteminin tüm bileşenlerine ait roller doğrulanmıştır. Co'nun CH4 parçalanmasında, seryanın yüzey oksijeni taşınımında, ZrO2'nin ise kuru reformlamanın CO2 parçalanması basamakları aracılığıyla yüzey oksijeni üretiminde rol oynadığı anlaşılmıştır. Katalizör yüzeyinde oluşan farklı karbon tiplerinin dağılımı hem katalizör bileşimine hem de reaksiyon koşullarına bağlıdır. Kinetik çalışmalar, CH4 kullanımının CO2 kullanımını dahi etkileyerek kuru reformlamada anahtar rol oynadığını ve H2'in mekanizmada olumsuz etkisi olduğunu ortaya koymuştur. Kuru reformlamanın C dengesinde Co/Ce oranının etkisi de performans, kinetik ve FTIR-DRIFT çalışmalarının birlikte değerlendirilmesi sonucunda anlaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
The aim of the current work is to design and develop effective non-PGM based CDRM catalysts, to confirm the roles of each catalyst component, to determine optimum reaction conditions for the highest performance, and to reveal the details of CDRM reaction mechanism. In activity and selectivity tests, the reaction temperature, feed ratio and space velocity were used as the parameters. The properties of both the catalysts and the type of carbon deposited on them during CDRM were analyzed via SEM-EDX, TPO, XPS, HRTEM-EDX and Raman Spectroscopy. The kinetic behaviors of the catalysts were parametrically analyzed by varying temperature and partial pressures of both reactants and products. FTIR-DRIFT studies were also performed to obtain information on both catalyst surface and CDRM mechanism. It was indicated that Co particles partially cover evenly distributed Ce particles. The lowest degree of ceria reduction, and the highest asymmetry of the O1s XP spectrum, due to lattice oxygen vacancies and adsorbed oxygen, were obtained for the catalyst with the highest Co/Ce ratio. It was also verified that Co species in the catalyst samples with higher Co loading are more oxidized. The roles of each species in the catalyst design were confirmed: Co is responsible for CH4 dehydrogenation, ceria has a pronounced effect on surface oxygen transfer, and ZrO2 serves for surface oxygen production via CO2 dissociation stages of CDRM. The fraction of different carbon types formed on the catalyst surface were dependent both on catalyst composition and reaction conditions. The kinetic studies have shown that CH4 utilization is a key factor in CDRM, even affecting CO2 utilization, and H2 introduction has an inhibitory effect on the mechanism. The effect of Co/Ce ratio on C balance of CDRM was also highlighted with the combined evaluation of performance, kinetic and FTIR-DRIFT studies.
Benzer Tezler
- Development of solid acid catalysts for isosorbide synthesis by sorbitol dehydration
Sorbitol dehidrasyonu ile izosorbid sentezi için katı asit katalizörlerinin geliştirilmesi
GÜNSEV DÜZYEL
Doktora
İngilizce
2025
Kimya Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELAHATTİN YILMAZ
- Dimetilamin boranın dehidrojenasyonu için grafitik karbon nitrür destekli rutenyum bazlı bimetalik katalizörlerin geliştirilmesi
Development of graphitic carbon nitride supported ruthenium based bimetallic catalysts for the dehydrogenation of dimethylamine borane
RABİA SATİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Kimya MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN ÖZDEMİR
- Atıkların yüksek sıcaklıkta sürekli pirolizi için yarı-pilot ölçek yeni bir vidalı reaktör geliştirilmesi
Development of a new semi-pilot scale screw reactor for continuous pyrolysis of wastes at high temperature
ANIL ÜNSAÇ
Doktora
Türkçe
2024
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN
- Makine öğrenimi kullanılarak atıksudan TiO2 fotokatalizörü ile boyar madde giderimini etkileyen faktörlerin belirlenmesi
Determination of factors affecting dye removal from wastewater by TiO2 photocatalyst using machine learning
SEDANUR TOKUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Kimya MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİT LEVENT HOŞGÜN
- Pelemir (cephalarıa syrıaca L.) yağından biyodizel üretiminde etkili parametrelerin optimizasyonu
Optimization of effective parameters in biodiesel production from pelemir (cephalaria syriaca L.) oil
CENNET SIRLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Kimya MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiTarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA ŞAHİN