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: 155
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
- 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
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN
- Pervaporasyon ile ipa/su ve MTBE/metil alkol azeotropik karışımlarının ayrılması
Başlık çevirisi yok
NİLÜFER DURMAZ (HİLMİOĞLU)
Doktora
Türkçe
1998
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTemel İşlemler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMA TÜLBENTÇİ
- O-Ksilenin otoksidasyonu ve ürünlerinin analizi
Başlık çevirisi yok
NİHAL COŞKUN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİRSEN DEMİRATA ÖZTÜRK
- Hafif olefin üretimi için destekli demir temelli fıscher tropsch katalizörleri üzerinde bir kinetik çalışma ve model analizi
A kinetic study and model analysis on supported iron based fischer-tropsch catalysts for light olefin production
KEREM BÜLBÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER SARIOĞLAN
DR. ABDULLAH Z. TURAN
- Determination of nanotoxicological effects of silver (Ag0) and aluminium (Al0) nanoparticles on microbial community structure in activated sludge
Gümüş (Ag0) ve aluminyum (Al0) nanoparçacıklarının aktif çamurdaki mikrobiyal yapıya olan nanotoksikolojik etkilerinin belirlenmesi
ELİF BUKET PARLAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU