Hydrogen adsorption on Co2+-,Ni2+- exchanged zeolites ZSM-5 and US-Y
Co2+-ve Ni2+- içeren zeolitler ZSM-5 ve US-Y üzerinde H2 adsorpsiyonu
- Tez No: 755788
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BAHAR İPEK TORUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kobalt, Nikel, Senkrotron ışınımı, X ışını kırınımı, Yoğunluk fonksiyonu teorisi, Cobalt, Nickel, Synchrotron radiation, X ray diffraction, Density function theory
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Sera gazlarındaki artış, yenilenebilir enerji kaynakları ve enerji taşıyıcı arayışlarını motive etmektedir. Hidrojen, yüksek gravimetrik enerji yoğunluğu (140 kJ/kg) nedeniyle enerji taşıyıcısı olarak kullanılan ilgi çekici bir seçenektir. Hidrojen enerjisi, yakıt hücreli elektrikli araçlarda (FCEV'ler) yıllar içinde artan bir oranda kullanılmasına rağmen, hidrojenin depolanma problemi en büyük dezavantajı olmaktadır. Zeolitler, karbon bazlı malzemeler ve metal organik kafes yapıları, fiziksel adsorpsiyon yoluyla hidrojeni depolayan gözenekli malzemelerdir. Bu tezde, hidrojen adsorpsiyon testleri için Ni2+ veya Co2+-değişimli mikro ve mezogözenekli zeolitler olan ZSM-5 ve US-Y hazırlanmıştır. 298 K ve 10 bar'a kadar yapılan deneylere göre, Ni2+-,Co2+- zeolitler ağırlıkça %0.14–0.05 aralığında depolama kapasitesi göstermektedir. H2 adsorpsiyon değerlerinin deneysel olarak hesaplanan başlangıç izosterik ısısı, Ni2+-zeolitler için -23 ile -40 kJ/mol ve Co2+-zeolitler için -15 ile -19 kJ/mol arasındadır. Ni2+-, Co2+-zeolitler, optimum adsorpsiyon ısısı değerleri nedeniyle 298 K'de ve 50 bar'a kadar yapılan deneylerde tersinir depolama göstermişlerdir. 298 K ve 50 bar'a kadar olan deneylerde elde edilen sonuçlar arasında, en yüksek hacimsel depolama kapasitesine Meso-Na+,Ni2+-ZSM-5 örneği (20 g H2/L) ulaşılmıştır ve bahsedilen örnek 298 K'de H2 depolama çalışmaları için potansiyel olarak görülmektedir. Öte yandan, Sips modeli aracılığıyla 77 K'de hesaplanan US-Y örneklerinin maksimum depolama kapasiteleri (2.3 wt.%) onların yüksek gözenek hacmi ve yüzey alanı özelliklerinden dolayı yüksek basınç veya düşük sıcaklık adsorpsiyon çalışmaları için uygun bir adsorban olabileceğini göstermektedir. Örnekler içindeki Co2+ ve Ni2+ katyonlarının yerleşim yeri bilgisi ve çerçeve yapısı ile olan koordinasyonları dağınık yansıma ultraviyole ve görünür ışık (UV-Vis) absorpsiyon spektroskopi ve senkrotron toz XRD analizi ile belirlenmiştir. Sonuçlara göre, Co2+'ın MFI çerçeve yapısındaki β ve γ-yerlerini tercih ettiği gözlemlenmiştir. Senkrotron tozu XRD analizine göre, en yüksek katyon oranı US-Y'nin Site III yakınında (süper kafeste) tespit edilmiştir ve bu yerleşim yeri hidrojen tarafından ulaşılabilirdir. Ni2+-,Co2+-ZSM-5 için teorik adsorpsiyon ısıları (-Eads) periyodik ve küme yoğunluğu fonksiyonel teorisi (DFT) ile hesaplanmıştır. Co2+-ZSM-5 üzerinde β-alanı ve γ-alanı ve ayrıca Ni2+-ZSM-5 üzerinde ek bir α-alanı gözlemlenmiştir. Genel olarak, deneylerden ve yoğunluk fonksiyonel teorisinden (DFT) hesaplanan adsorpsiyon ısısı değerlerinin aynı aralıkta olduğu bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
The increase in greenhouse gases motivates the search for renewable energy sources and carriers. Hydrogen is an attractive option used as an energy carrier due to its high gravimetric energy density (140 kJ/kg). Although hydrogen energy has been used in fuel cell electric vehicles (FCEVs) at an increasing rate over the years, its storage is still the main concern. Zeolites, carbon-based materials, and metal organic frameworks (MOFs) are porous materials that store hydrogen through physical adsorption. In this thesis, Ni2+ or Co2+- exchanged micro-and mesoporous zeolites ZSM-5 and US-Y are prepared for the hydrogen adsorption tests. According to the experiments performed at 298 K and up to 10 bar, Ni2+-,Co2+- zeolites show gravimetric storage capacity in the range of 0.14–0.05 wt.%. The experimentally calculated initial isosteric heat of H2 adsorption values are between -23 and -40 kJ/mol for Ni2+-zeolites and -15 and -19 kJ/mol for Co2+-zeolites. Ni2+-, Co2+-zeolites show reversible storage at 298 K and up to 50 bar due to the optimum heat of adsorption values. Among the results obtained at 298 K and up to 50 bar experiments, the highest volumetric storage capacity is reached with Meso-Na+,Ni2+-ZSM-5 by 20 g H2/L, showing a great potential to be used as H2 storage material at 298 K. On the other hand, calculated high maximum storage capacity values on US-Y at 77 K (~2.3 wt.%) via the Sips model show that US-Y can be an appropriate adsorbent for higher pressure or low temperature adsorption studies. The site information of Co2+ and Ni2+ cations on the samples are investigated using diffuse reflectance (DR) UV–Vis spectra and synchrotron powder X-ray Diffraction (XRD). The results show that hydrogen adsorption mostly occurs on β and γ sites in Co2+-ZSM-5. According to synchrotron powder XRD analysis, the highest cation occupation is detected near Site III (in the supercage) of US-Y that are accessible to H2 molecule. The theoretical site dependent heat of adsorption values (-Eads) are calculated using both periodic and cluster density functional theory (DFT) for Ni2+-,Co2+-ZSM-5. β-site and γ-site occupation on Co2+-ZSM-5 as well as an additional α-site occupation on Ni2+-ZSM-5 are also predicted using DFT. Overall, it is found that the heat of adsorption values calculated from experiments and density functional theory (DFT) are within the same range.
Benzer Tezler
- Co(II), Ni(II), Cr(III) ve Cr(IV) elementlerinin adsorbsiyonla zenginleştirilmesi ve grafit fırınlı AAS ile tayini
Başlık çevirisi yok
ÖZGÜL GÖÇER
- Taç eterli bir salisilaldimin schiff bazı sentezi ve Co II, Cu II, Ni II ve UO2 VI ile komplekslerinin incelenmesi
Synthesis and characterization of crown-ether substituted salicylaldimine schiff's base ligand and its complexes with cobalt (II), Copper (II), nickel (II), and uranyl (VI)
ŞEVKET CAN
- Nikel (II) ve demir (III) nitrit komplekslerinin sulu ortamdaki ardışık oluşumunun potansiyometrik ve spektrofotometrik yöntemle incelenmesi
Potentiometric and spectrophotometric studies on the stepwise formation of cmoplexes of nicel (II) and iron (III) nitrites in aqueous solution
F. BEDİA ERİM
- Yeni tip dallanmış vic-dioksim ve geçiş metal komplekslerinin sentezi
Başlık çevirisi yok
EMEL MUSLUOĞLU
