Non-oxidative dehydrogenation of propane to propene over precious-metal free anatase titania
Değerli metal içermeyen anataz titanya üzerinde propanın propene oksidatif olmayan dehidrojenasyonu
- Tez No: 756085
- 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: 161
Özet
Propilen petrokimya endüstrisinde kullanılan çok amaçlı bir bileşiktir. Her ne kadar propilen sadece nihai ürün olarak kullanılsa da polipropilen, kümen, izopropanol, propilen oksit ve aseton gibi çok çeşitli kimyasalların üretimi için bir yapı taşı görevi görür. Geleneksel olarak, propilen, yağ fraksiyonlarının akışkan katalitik parçalama (FCC) ve buharla parçalama (SC) esnasında bir yan ürün olarak üretilir. Ancak, bu proseslerden üretilen propenin arz-talep açığı ve bunların ekonomik/çevresel sınırlamaları, oksidatif olmayan propan dehidrojenasyonu (PDH) gibi alternatif daha yeşil propen üretim yollarına yol açmıştır. PDH teknolojisi ticarileştirildi ve alümina destekli krom veya platin katalizörlerin kullanıldığı geniş bir ölçekte uygulandı. Bununla birlikte, kromyanın toksisitesi ve platinin yüksek maliyeti, düşük maliyetli ve çevreye zarar vermeyen katalizörlerin kullanımına yönelik ilgiyi artırmıştır. Zirkonya, titanya ve alümina gibi dökme metal oksitler, bu tür malzemelerin özüdür ve oksidatif olmayan propan dehidrojenasyonu için umut verici sonuçlar göstermiştir. Bu materyaller üzerinde, oksijen boşluklarının yakınında bulunan koordineli olarak doymamış katyonların, C-H aktivasyonu için aktif alanlar olduğu gösterilmiştir. Bahsi geçen durum ile, oksidatif olmayan propan dehidrojenasyonu için toksik olmayan, asil olmayan ve katkı maddesi içermeyen titanya sentezlemeyi amaçladık. Sentezlenen katalizörler Nitrojen fizisorpsiyonu, Raman spektroskopisi, Termogravimetrik Analiz (TGA), Sıcaklık programlı indirgeme (TPR), X-ışını kırınımı, UV-görünür spektroskopisi, X-ışını Fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve in-situ piridin DRIFT ile karakterize edildi. Çalışmamızda, 1M HCl'nin hacmini (0,2,6,8 ve 10mL) değiştirerek titanyanın in-situ sentezi sırasında oksijen boşluklarının ve yüzey özelliklerinin ayarlanabileceğini gösterdik. Propan dönüşümü ve propen verimi, titanyanın sol-jel sentezi sırasında eklenen HCl'nin hacmine göre volkan şekilli eğriyi göstermiştir. 6 mL HCl ilavesi ile sentezlenen titanya, diğer sentezlenen titanya örneklerine kıyasla en iyi katalitik performansı göstermiştir. Diferansiyel rejimde test edilen en iyi performans gösteren katalizörümüz için %99'un üzerinde seçicilik elde edildi. En iyi performans gösteren katalizörümüz, yüksek propen seçiciliği (~%96) ile yüksek bir ilk propan dönüşümü (~%25) göstererek endüstriyel uygunluk düzeyini de ortaya koydu.
Özet (Çeviri)
Propylene is a versatile compound in the petrochemical industry. Albeit, it is merely used as a final product, propylene serves as a building block for the production of a wide variety of chemicals such as polypropylene, cumene, isopropanol, propylene oxide, and acetone, to name a few. Conventionally, propylene is produced as a by-product during fluid catalytic cracking (FCC) and steam cracking (SC) of oil fractions. However, the supply-demand gap of propene produced from these processes and their economic/environmental limitations have led to alternative greener propene production routes such as non-oxidative propane dehydrogenation (PDH). The PDH technology has been commercialized and applied on a wide scale where alumina-supported chromia or platinum catalysts are used. However, the toxicity of chromia and the high cost of platinum has surged interest in the use of low-cost and environmentally benign catalysts. Bulk metal oxides such as zirconia, titania, and alumina are the quintessence of such materials and have shown promising results for non-oxidative propane dehydrogenation. Over these materials, coordinatively unsaturated cations located near oxygen vacancies(defects) are demonstrated to be the active sites for C-H activation. With the aforementioned fact, we aimed to synthesize non-toxic, non-noble, and dopant-free titania for non-oxidative propane dehydrogenation. Synthesized catalysts were characterized by Nitrogen physisorption, Raman spectroscopy, Thermal Gravimetric Analysis(TGA), Temperature programmed reduction (TPR), X-ray diffraction, UV-visible spectroscopy, X-ray Photoelectron pectroscopy(XPS) and in-situ pyridine DRIFT. In our study, we have demonstrated that the oxygen vacancies(defects) and surface properties of titania can be tuned during the in-situ synthesis of titania by varying the volume (0,2,6,8 and 10mL) of 1M HCl. The propane conversion and the yield of propene showed the volcano-shaped curve with respect to the volume of HCl added during the sol-gel synthesis of titania. Titania synthesized with 6mL addition of HCl showed the best catalytic performance in comparison with other synthesized titania samples. Over 99% selectivity was achieved for our best-performing catalyst tested in a differential regime. Our best-performing catalyst also revealed industrial relevance by showing a high initial propane conversion(~25%) with high propene selectivity(~96%).
Benzer Tezler
- Krom ve molibden içerikli mezogözenekli alümina destekli katalizörlerin etan dehidrojenasyonunda mikrodalga reaktörde incelenmesi
Investigation of mesoporous alumina supported chromium and molybdenum catalysts in dehydrogenation of ethane in microwave reactor
PINAR ÇİTLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY OKTAR
- Vanadium and molybdenum incorporated MCM-41 catalysts for selective oxidation of ethanol
Seçici oksidasyonunda kullanılmak üzere vanadyum ve molibden içeren MCM-41 katalizörlerinin üretimi
YEŞİM GÜÇBİLMEZ
Doktora
İngilizce
2005
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TİMUR DOĞU
PROF. DR. SUNA BALCI
- Yüksek moleküllü alfa-olefin üretimi için seçimli bir monoksidatif katalitik dehidrojenasyon katalizörünün geliştirilmesi
Developing of a selected non oxidative catalytic dehydrogenation catalyst for producing alfa olefine with higher molecule
MEHMET ALİ FARUK ÖKSÜZÖMER
Doktora
Türkçe
2004
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ALİ GÜRKAYNAK
- Graphitic carbon nitride/red phosphorus heterojunctions decorated with platinum nanoparticles as catalysts for the photo-assisted hydrolysis of ammonia borane
Amonyak boranın foto yardımlı hidrolizi için katalizör olarak platin nanoparçacıklarla dekore edilmiş grafit karbon nitrür/kırmızı fosfor heteroeklemleri
SILA ALEMDAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
KimyaKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖNDER METİN
- Mesoporous graphitic carbon nitride supported CoPd alloy nanoparticles as catalysts for various reactions of terpenes
Terpenlerin çeşitli dönüşüm tepkimeleri için mezogözenekli grafitik karbon nitrüre destekli CoPd alaşım nanokatalizörleri
AHSEN SARE YALIN