Karbondioksitin elektrolizi ile karbon nanofiber üretiminin tasarımı ve optimizasyonu
Design and optimization of carbon nanofiber production by electrolysis of carbon dioxide
- Tez No: 716693
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BERKER FIÇICILAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Fosil yakıtların yakılması sonucu içeriğinde en çok bulunan sera gazı olan karbondioksit gazını açığa çıkarmaktadır ve bu durum küresel ısınmanın artması ve hidrolojik-meteorolojik sorunlara yol açmaktadır. Bu çevresel yıkımların yaşanmasının engellenmesi veya azaltılması adına son yıllarda endüstriyel ve laboratuvar ölçekteki bilimsel çalışmalar hız kazanmıştır. Bu konudaki gerçekçi yaklaşımlardan en önemlisi olarak karbondioksit gazının yakalanması, depolanması, kullanılması veya yararlı kimyasallara dönüştürülmesi teknolojilerinin geliştirilmesi olduğu söylenebilir. Karbondioksit yakalama ve kullanma teknolojisi, endüstriyel anlamda bu gazın kullanılması veya dönüştürülmesi amacıyla geliştirilmektedir. Bu tezin konusu olan karbondioksitin elektrolizi ile tek basamakta karbon nanofiber üretimi, bu proses ile gerçekleşmektedir. Metal karbonat elektroliti içerisinde anot ve katot elektrolarına doğru akım güç kaynağından gerilim verilmesiyle gerçekleşen elektroliz işlemi sonucu katot elektrotunda karbon nanofiber birikmekte, anot elektrotunda ise oksijen açığa çıkmaktadır. Bu tezde, karbondioksitin elektrolizi prosesine özgü bir sistem geliştirmek, elektroliz reaksiyonunun performansının artırılması, daha verimli ve kaliteli karbon nanofiber üretilmesinin sağlanması amacıyla birtakım sistem entegrasyonlarının yapılması gerçekleştirilmiştir. Bu geliştirmelerin yapılması ile birlikte sistemi önemli derecede etkileyen elektrot ve elektrolit seçimleri, sıcaklık ve gaz kompozisyonu gibi parametreler ile bir optimizasyon çalışması yapılmıştır. Bu çalışmalarda karbon nanofibere ait XRD, Raman, SEM-EDS, TEM, N2 adsorpsiyonu, Zeta potansiyeli, temas açısı ve yüzey serbest enerjisi analizleri gerçekleştirilmiştir. Buna ek olarak, elektrot ve elektrolit seçimlerindeki elektroliz sistemlere ait sabit gerilimde sistemden çekilen akım değerleri incelenmiş ve zamana bağlı değişim takip edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, karbondioksitin elektrolizi prosesi için en verimli parametreler: Nikel-Çelik elektrot, saf lityum karbonat elektrolit, 800 °C sıcaklık ve reaksiyon gazı olarak saf karbondioksitin kullanılması olduğu belirlenmiştir. Optimizasyon çalışmasının yanısıra üretilen karbon nanofiberin Hidrojen-Brom akış pilleri için brom indirgeme reaksiyonunu katalizlenmesi ile ilgili çalışmalara yer verilmiş ve ticari karbon Vulcan XC72 ile çevrimsel voltametri analizi gerçekleştirilerek karşılaştırılmıştır. 200. çevrimde üretilen karbonun elektrokimyasal performansı, ticari katalizörden % 12 daha düşük performanslı olsa da gerçekleştirilebilecek modifikasyonlarla performans düşüklüğünün önüne geçilmesi öngörülmüştür.
Özet (Çeviri)
As a result of the burning of fossil fuels, carbon dioxide which is the most abundant greenhouse gas in its content is released and this situation causes an increase in global warming and hydrological-meteorological problems. In recent years, scientific studies on laboratory and industrial scale have been increasing rapidly in order to prevent or reduce the occurance of these environmental destructions. It can be said that, one the most important of the realistic approaches is the development of technologies is the development of the process for the capture, storage and utilization or conversion of carbon dioxide into useful chemicals. Carbon dioxide capture and utilization technology is developed for the industrial use or conversion of this gas. With this technology, carbon nanofibers is produced in a single step by the electrolysis of carbon dioxide, which is the subject of this thesis. As a result of the electrolysis process, which is carried out by applying voltage to the anode and cathode electrodes from direct current power supply to the melted metal carbonate electrolyte. Carbon nanofiber production is deposited on the cathode electrode and oxygen is released on the anode electrode. In this thesis, some useful system integrations were carried out in order to develop a system specific to the electrolysis process of carbon dioxide, to increase the performance of the electrolysis reaction, and to produce more efficient and high quality carbon nanofibers. With these improvements, an optimization study was carried out with parameters such as electrode and electrolyte selections, temperature and gas composition, which significantly affect the system. In these studies, XRD, Raman, SEM-EDS, TEM, N2 adsorption, Zeta potential, contact angle and surface free energy analyzes of carbon nanofiber were performed. In addition, the current values drawn from the system at constant voltage of the electrolysis systems in the electrode and electrolyte selections were examined and the time-dependent change was followed. According to the results obtained, it was determined that the most efficient parameters for the electrolysis of carbon dioxide were: Nickel-Steel electrode, pure lithium carbonate electrolyte, 800 °C temperature and pure carbon dioxide as the reaction gas. In addition to the optimization study, studies on the catalysis of the bromine reduction reaction of the produced carbon nanofiber for Hydrogen-Bromine flow batteries were included and cyclic voltammetry analysis was performed with the commercial carbon Vulcan XC72. Although the electrochemical performance of the carbon produced in the 200th cycle is 12% lower than the commercial catalyst, it is foreseen to prevent the decrease in performance with the modifications that can be made.
Benzer Tezler
- Electrochemical reduction of CO2 to CO and other useful chemicals by using inorganic semiconductor electrodes
İnorganik yarıiletken elektrotlar ile karbondioksitin karbonmonoksit veya diğer yararlı kimyasallara elektrokimyasal indirgenmesi
ABDALAZİZ S.A. ALJABOUR
Doktora
İngilizce
2017
Kimya MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT KUŞ
- Karbondioksitin elektrokimyasal yöntemle formik aside indirgenmesinde kalay ve indirgenmiş grafen oksit bazlı elektrotların geliştirilmesi
Developing tin and reduced graphene oxide-based electrodes for electrochemical reduction of carbon dioxide to formic acid
KUMRU RENDE
Doktora
Türkçe
2023
KimyaGebze Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR ERGENEKON
DOÇ. DR. DİDEM BALUN KAYAN
- Start-up strategies for enhanced methane production from cattle manure in bioelectrochemical systems
Biyoelektrokimyasal sistemlerde sığır gübresinden üretilen metanı arttırmak için başlangıç stratejileri
AMIN GHADERIKIA
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YASEMİN DİLŞAD YILMAZEL TOKEL
- Karbondioksitin sabit yataklı bir reaktörde kalay elektrot üzerinde ve protik ortamda elektrokimyasal indirgenmesi
Electrochemical reduction of carbondioxide in fix-bed reactor, on tin electrode and in medium
NESLİHAN PALAMUT
- Karbondioksitin sabit yataklı bir reaktörde kurşun elektrotlarla elektrokimyasal olarak protik ortamda indirgenmesi
Electrochemical reduction of carbondioxide in the fixed bed reactor on lead electrode in aqueous solutions
TUĞBA ATILAN