Effect of particle size on resistance to chloride for hydrodechlorination of trichloroethylene in water
Sudaki trikloroetilen hidrodeklorinasyonu için parçacık boyutunun klorür direncine etkisi
- Tez No: 756078
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN ÇELİK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- 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: 136
Özet
Yeraltı suyunun klorlu bileşiklerle kirlenmesi, insanlık için önemli bir çevresel tehlikedir, çünkü dünya çapında içme suyu talebi genellikle yeraltı sularından karşılanmaktadır. Klorlu kirleticiler, özellikle trikloretilen (TCE), endüstriyel uygulamalarda sık kullanılması nedeniyle çevreye salınmaktadır. Bu son derece toksik kimyasal, insan sağlığı ve çevre için ciddi bir tehdit oluşturmaktadır. Bu bakımdan yeraltı sularının TCE'den temizlenmesi büyük önem taşımaktadır. Katalitik hidrodeklorinasyon (HDC), klorlu bileşiklerle kirlenmiş suyun iyileştirilmesi için arzu edilen bir yaklaşımdır ve sudaki toksik klorlu bileşiklerin bir katalizör üzerinde hidrojen ile klorür içermeyen hidrokarbonlara dönüştürüldüğü eliminasyon bazlı katalitik iyileştirme tekniğidir. Şimdiye kadar yapılan çalışmalar, platin (Pt) ve paladyum (Pd) bazlı katalizörlerin, klorlu bileşiklerin HDC'si için yüksek katalitik aktivite gösterdiği sonucuna varmıştır. Bununla birlikte, HDC sırasında, katalizörün genel performansı esas olarak (i) reaktanların ve tepkime ortamının katalizör yüzeyinde adsorpsiyonundan, (ii) klorsuzlaştırma, hidrojenasyon ve hidrodeklorinasyon dahil olmak üzere eşzamanlı tepkimelerden ve (iii) kaçınılmaz tepkime ürünü HCl nedeniyle oluşan inhibisyondan etkilenir. HCl'nin aktif bölgelerden desorbe edilememesi, katalitik aktivitenin tamamen kaybına ve klorür zehirlenmesi ile geri dönüşümsüz katalizör deaktivasyonuna yol açar. Ancak bu etki, kataliz mühendisliği ile hafifletilebilir. Bu çalışmadaki amaç, sudaki TCE'nin HDC'si için Pt nanopartiküllerin (NP) partikül boyutunun klorür zehirlenmesine karşı direnç üzerindeki etkisini araştırmaktır. Partikül boyutunun katalitik aktivite üzerindeki etkisini inceleyen mevcut çalışmalar olmasına rağmen, HCl inhibisyonu ile ilgili çalışmalar azdır. Katalizörlerin parçacık boyutu dağılımına ince ayar yaparak, HDC katalizörlerinin inhibisyon sorunu aşılabilir. Çalışma, kolloidal sentez yöntemi ile üç farklı partikül boyutuna sahip Pt nanopartiküllerin (3.0, 5.8 ve 60.9 nm) sentezlenmesini, yarı kesikli reaktörde aktivite deneylerinin yapılmasını, karakterizasyon çalışmalarının yapılmasını ve kinetik ölçümlerin yapılmasını içermektedir. Sonuçlar, transmisyon elektron mikroskobu ile kanıtlandığı gibi Pt NP'lerin başarılı bir şekilde sentezlendiğini göstermektedir. 20 ppm başlangıç TCE konsantrasyonu için tüm deneylerde neredeyse %100 dönüşüm elde edildi. Beklendiği gibi, en hızlı reaksiyon kinetiği en küçük parçacık boyutunda gözlenmiştir. Partikül büyüklüğü 1 (küçük), 2 (orta) ve 3 (büyük) için reaksyion hız sabitleri sırasıyla 4.2 h-1, 1.3 h-1 ve 0.4 h-1 olarak bulunmuştur. Başlangıç katalitik döngü frekansı (TOF), kesikli reaktördeki başlangıç hızı ve Pt molar konsantrasyonuna dayalı olarak hesaplanmıştır. TOF verileri (0.077 (Partikül 1), 0.023 (Partikül 2) ve 0.007 (Partikül 3) mol TCE/(mol Pt.s)) partikül boyutunun artmasıyla azalmıştır. Klorür zehirlenmesine karşı en yüksek direnç de, en küçük parçacık boyutunda gözlenmiştir. Isı ve kütle transferi sınırlamaları da araştırılmıştır. Bu çalışma kapsamında gerçekleştirilen kinetik deneyler, atmosferik koşullarda sudaki TCE'nin HDC'sinde yer alan reaksiyonların yapı duyarlılığına dair bir fikir ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
Contamination of groundwater by chlorinated compounds is an important environmental hazard to humanity because worldwide drinking water demand is generally supplied by groundwater. Chlorinated pollutants, especially trichlorethylene (TCE), are released to the environment due to its frequent use in industrial applications. This highly toxic chemical poses a serious threat to human health and the environment. In this regard, cleaning of groundwater from TCE is of great importance. Catalytic hydrodechlorination (HDC) is a desirable approach for remediation of water contaminated with chlorinated compounds. It is an elimination-based catalytic remediation technique where toxic chlorinated compounds in water are transformed to chloride-free hydrocarbons with hydrogen over a catalyst. Studies conducted so far have concluded that platinum (Pt) and palladium (Pd)-based catalysts show high catalytic activity for HDC of chlorinated compounds. However, during HDC, the overall performance of the catalyst is mainly affected by (i) adsorption of the reactants and the reaction medium on catalyst surface, (ii) simultaneous reactions including dechlorination, hydrogenation, and hydrodechlorination, and (iii) inhibition due to the unavoidable reaction product HCl. Of particular note is the inability of HCl to desorb from the active sites that leads to complete loss of the catalytic activity and irreversible catalyst deactivation by the chloride poisoning. This effect, however, could be alleviated by catalysis engineering. In this study, the objective is to undertake an approach to investigate the effect of particle size of Pt nanoparticles (Pt NPs) on resistance to chloride poisoning for HDC of TCE in water. Although there are existing studies which examined particle size effect on catalytic activity, studies on HCl inhibition are scarce. By fine-tuning the particle size distribution of catalysts, the inhibition problem of HDC catalysts can be circumvented. The study includes synthesizing Pt nanoparticles with three different particle sizes (3.0, 5.8 and 60.9 nm) by colloidal synthesis method, performing activity experiments in a semi-batch reactor, carrying out characterization studies and performing kinetic measurements. The results demonstrate that Pt NPs were synthesized successfully as evidenced by transmission electron microscopy. For 20 ppm initial TCE concentration, almost 100% conversion was achieved in all experiments. As expected, the fastest reaction kinetic was observed at the smallest particle size. Rate constants were found as 4.2 h-1, 1.3 h-1 and 0.4 h-1 for Particle size 1 (small), 2 (medium) and 3 (large), respectively. The initial turnover frequency (TOF) was calculated based on initial rate and molar concentration of Pt in the batch reactor. TOF data (0.077 (Particle 1), 0.023 (Particle 2) and 0.007 (Particle 3) mol TCE/(mol Pt.s)) decreased with increasing particle size. The highest resistance to chloride poisoning were also observed at the smallest particle size. The heat and mass transfer limitations were also investigated. Kinetic experiments performed within the scope of this study revealed insight into structure sensitivity of reactions involved in HDC of TCE in water at atmospheric conditions.
Benzer Tezler
- Yüzey yükünün kristalizasyon kinetiğine etkisi
Effect of surface change on the crystallization kinetics
ÖMER ŞAHİN
- Anaerobik çürütülmüş çamurların farklı kimyasal maddelerle şartlandırılması
Conditioning of anaerobic digested sludges with different chemical conditioners
İLKER SEL
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LÜTFİ AKÇA
- 6063 aluminyum alaşımlarının korozyon direnci üzerine anodizasyon öncesi yüzey işlemlerinin ve AA anodizasyonla üretilmiş ince oksit filmlerinin etkisi
The Effect of pretreatment and thin layer sulfuric acid a C anodization of 6063 aluminum alloys on its corrosion resistance
FERİHA SERTÇELİK
- Ergimiş boraks banyosunda çeliklere vanadyum karbür kaplama
Vc coating of steels in molten borax bath
SEYED MOHAMMED MOUSAVİ KHOEE
- Kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi yöntemi ile B4C üretiminde katalizörlerin etkilerinin araştırılması
The investigation of effects of catalysts on the production of B4C via self propagating high temperature synthesis
HASAN ÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONURALP YÜCEL