N-O activation on precious metal-free metal oxide based nox removal systems
Değerli metal içermeyen metal oksit tabanlı nox giderim sistemleri üzerinde N-O aktivasyonu
- Tez No: 709330
- Danışmanlar: PROF. DR. EMRAH ÖZENSOY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Perovskit, Dizel Oksidasyon Katalizörü, Seçici Katalitik İndirgenme, NO Aktivasyonu, NOx, PGM, Heterojen Katalizörler, Perovskite, Diesel Oxidation Catalyst, Selective Catalytic Reduction, NO activation, NOx, PGM-free, Heterogeneous Catalyst
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yönetimde Muhasebe ve Finansal Kontrol Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 231
Özet
Platin grubu metalleri (PGM) yani değerli metaller içeren, hava kirliliğine yönelik, heterojen katalitik sistemlerin yüksek maliyetlerinden ötürü, kataliz araştırmalarının odağı, ekonomik verimliliği yüksek malzemelere doğru kaymıştır. NOx giderim süreçlerinde, yüksek katalitik performans ve uzun kullanım ömrü, alternatif katalitik malzemeler için başlıca hedeflerdir. LaCoxMn1-xO3 (x = 0.1-0.9) yapısındaki özgün B-siteleri karıştırılmış perovskit katalizörler ile Fe ve/veya Co içeren tek metalli (Fe veya Co) veya çift metalli (Fe-Co) CeO2 destekli katalizörler; bu tez kapsamında, yüksek performanslı, PGM-içermeyen ve dayanıklı NOx giderim sistemleri olarak sentezlenmiş, incelenmiş ve optimize edilmiştir. Perovskit tabanlı katalitik yapılar, dizel oksidasyon katalizörü (DOC) olarak NO ve CO'yu, NO2 ve CO2'ye oksitlemek için önerilmektedir. Diğer yandan, Fe/Co tabanlı CeO2 yapıları ise, seçici katalitik indirgenme (SCR) süreçlerinde, NOx giderimi için aday katalizörler olarak incelenmiştir. DOC ve SCR süreçlerinde, sırasıyla, NO'nun oksitlenmesi veya indirgenmesi yoluyla N-O bağ aktivasyonu esastır. Basit ve tekrarlanabilir bir yöntem ile sentezlenen perovskit tabanlı DOC katalizörleri, XRD, N2 adsorpsiyon-desorpsiyon izoterm, ICP-MS, H2-TPR, TEM, yerinde olmayan (ex-situ) ve yerinde (in-situ) XANES, EXAFS, yerinde FTIR, XPS ve TPD yöntemleri ile incelenmiştir. Perovskitlerin NO ve CO oksitleme performansı, akış ortamında gerçekleştirilen katalitik performans testleri ile belirlenmiştir. LaMnO3 ve LaCoO3 tabanlı sıradan perovskit sistemlerinin aksine, B-siteleri karıştırılmış perovskitlerin yapısında bulunan külçe (bulk) oksijen boşluklarının, perovskitlerin redoks aktivitesi üzerinde önemli bir etkisi olduğu saptanmıştır. Ayrıca, B-siteleri karıştırılmış perovskitler, çok yüksek sıcaklıklar gerektirmeden, tersinir bir şekilde, indirgenme/yükseltgenme (redoks) döngülerini başarıyla tamamlayarak, kendilerini yenileyebildikleri gösterilmiştir. Katalitik NO ve CO oksitleme testlerinde, La1.01Co0.75Mn0.24O2.97 ve La1.04Co0.65Mn0.31O2.97 B-siteleri karıştırılmış perovskitler, incelenen katalizör kümesi (La1.01Co0.75Mn0.24O2.97, La1.04Co0.65Mn0.31O2.97, La0.97Co1.03O2.91 ve La0.97Mn1.03O3.17) içinde, en iyi performansı göstermiştir. Ayrıca bu katalizörlerin, konvansiyonel PGM referans katalizörü (1 wt. % Pt/Al2O3) ile benzer oksitleme yeteneğine sahip olduğu ortaya koyulmuştur. NO'nun seçici katalitik olarak N2'ye indirgenmesi için, CeO2 destek malzemesi üzerine, farklı miktarlarda Fe ve/veya Co yüklenmesiyle, tek metalli (Co, Fe) veya çift metalli (Fe-Co) katalizörler elde edilmiş ve metal yükleme miktarlarının katalitik performansa etkisi, farklı katalitik destek malzemeleri üzerinde incelenmiştir. Katalitik NO indirgenmesi testlerinde elde edilen bulgular, 4 wt. % Co/CeO2 malzemesinin, incelenen diğer katalizörlere göre, en düşük sıcaklıkta ve en yüksek N2 seçiciliğini sağladığını ortaya koymuştur. XRD, N2 adsorpsiyon-desorpsiyon izoterm, ATR-FTIR, Raman, XPS ve yerinde FTIR teknikleri kullanılarak, katalizör yapısı ve SCR işlevselliği arasındaki ilişkiler incelenmiştir. 4 wt. % Co/CeO2 katalizörünün, incelenen diğer CeO2-destekli katalizörlere göre, yüksek oranda H2(g) içeren şartlarda, yüksek NO indirgenme performansı gösterdiği saptanmıştır. İşbu çalışmada kullanılan, LaCo0.7Mn0.3O3 ve LaCo0.8Mn0.2O3 B-siteleri karıştırılmış perovskitlerin ve 4 wt. % Co/CeO2 katalizörünün NO aktifleştirme performansları, oldukça zorlu katalitik deney şartları altında test edilmiştir. Bu sebeple, ilgili katalizörlerin hem mobil NOx giderim sistemlerinde hem de durağan NOx giderim sistemlerinde kullanım potansiyeli olduğu öngörülmektedir.
Özet (Çeviri)
Elevated operational costs of platinum group metal (PGM) based environmental catalytic systems shift the focus of catalysis research towards cost-effective materials. In search for PGM-free alternative catalytic materials for NOx removal, high catalytic performance and long catalyst lifetime emerge as two important technical challenges. Within the scope of this dissertation, novel B-site mixed perovskites LaCoxMn1-xO3 (x = 0.1-0.9) and Fe and/or Co based CeO2 catalysts were synthesized, investigated and optimized as high performance, PGM-free, and durable catalyst alternatives for NOx removal systems. The perovskite based catalytic architectures can be utilized as diesel oxidation catalyst (DOC) oxidizing NO/CO to NO2/CO2, which can be coupled with selective catalytic reduction (SCR) catalysts to reduce NOx species to N2. On the other hand, Fe/Co based CeO2 systems can be exploited as catalyst candidates in SCR of NOx. In both of these NOx aftertreatment systems, NO activation is required. A simple and reproducible synthetic protocol was utilized to obtain perovskite-based DOC catalysts whose comprehensive structural characterization was carried out via XRD, N2 adsorption-desorption isotherm, ICP-MS, TEM, H2-TPR, ex-situ and in-situ XANES, EXAFS, in-situ FTIR, XPS, and TPD techniques. The oxidative catalytic performance of the perovskites for CO and NO oxidation was determined in flow-mode catalytic activity tests. It was demonstrated that bulk-oxygen vacancies have a strong influence on the redox activity of the B-site mixed perovskites with the ABO3 structure (where A = La, B = Co, Mn) allowing them to efficiently switch between high and low oxidation states in a reversible fashion under relatively moderate redox conditions without requiring elevated temperatures for regeneration, unlike conventional LaMnO3 and LaCoO3-based simple perovskite systems. La1.01Co0.75Mn0.24O2.97 and La1.04Co0.65Mn0.31O2.97 were found to reveal the best NO and CO oxidation performances among the currently investigated perovskites (La1.01Co0.75Mn0.24O2.97, La1.04Co0.65Mn0.31O2.97, La0.97Co1.03O2.91, and La0.97Mn1.03O3.17), which were on par with a conventional precious-metal benchmark catalyst (i.e., 1 wt. % Pt/Al2O3). Influence of Fe and Co loading on monometallic (Fe or Co) or bimetallic (Fe-Co) catalysts with different CeO2 support materials were studied in SCR of NO to N2. The flow-mode NO reduction experiments point out that 4 wt. % Co/CeO2 is the best catalyst in the studied group of catalysts based on its high N2 selectivity at relatively low temperatures. Detailed structural characterization experiments conducted via XRD, N2 adsorption-desorption isotherm, ATR-FTIR, Raman, and in-situ FTIR techniques indicate correlations between catalyst structure and SCR functionality. Our experimental findings indicate that 4 wt. % Co/CeO2 has relatively higher catalytic performance under excess H2(g) concentrations. The NO activation performance of both La1.01Co0.75Mn0.24O2.97 and La1.04Co0.65Mn0.31O2.97 B-site mixed perovskites and 4 wt. % Co/CeO2 were tested under significantly harsh conditions indicating their strong potential to be used not only in mobile applications but also in stationary NOx removal systems.
Benzer Tezler
- Oleik asit ile gliserin arasındaki esterleşme reaksiyonunda sulfatlanmış demir oksit kullanımı
Sulfated iron oxide catalysts for the esterification of oleic acid with glyerol
SEMA YILMAZ
- Bakır alaşımları esaslı anti-bakteriyel yüzey kaplamalarının üretimi ve karakterizasyonu
Anti-bacterial efficacy of wire arc sprayed copper alloy coatings against various pathogens
SAMİ ARDA KOCAMAN
Doktora
Türkçe
2022
Klinik Bakteriyoloji ve Enfeksiyon Hastalıklarıİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- Murgul cevherlerinden nadir metallerin kazanılması
Recovery of race metals from. Murgul areas
SERDAR TÜFEKÇİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiCevher-Kömür Hazırlama ve Değerlendirme Ana Bilim Dalı
DR. VECİHİ GÜRHAN
- Sert latekslerden film oluşumunun faton soğurma yöntemi ile çalışılması
Başlık çevirisi yok
FİGEN KENEROĞLU
- Analysis of histone modifications in familial Mediterranean fever patients using chromatin immunoprecipitation sequencing assay
Ailesel Akdeniz ateşi hastalarinda histon modifikasyonlarinin kromatin immünopresipitasyon dizileme kullanarak analizi
BEGÜM FİDAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Genetikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EDA TAHİR TURANLI