Metal oksit destekli bimetalik kobalt katalizörleri ile sodyum borhidrürün hidrolizinden hidrojen üretimi
Hydrogen generation from hydrolysis of sodium borohydride on metal oxide supported bimetallic cobalt catalysts
- Tez No: 816814
- Danışmanlar: PROF. DR. ERCAN ÖZDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hidrojen enerjisinin günlük hayata uyarlanabilmesi, hidrojenin üretimi ve depolanması ile ilgili sorunlara etkili çözümler geliştirilmesine bağlıdır. Sodyum borhidrür (NaBH4), ağırlıkça %10,8 hidrojen (H2) içeriği ile katı formda hidrojen depolama için umut verici bir malzemedir. NaBH4'ten H2 üretimi için kullanılan düşük maliyetli ve yüksek katalitik aktiviteye sahip kobalt borür (Co-B) katalizörlerinde, katalizörün aktif yüzey alanını azaltan aglomerasyon sorunu vardır. Bu sorun katalizörün yapısına ikinci bir katkı metali ilavesi veya katalizörün gözenekli bir destek materyali üzerine dağıtılması ile çözülebilmektedir. Bu tez çalışmasında, NaBH4'ün hidrolizinden H2 üretimi için zirkonyum dioksit (ZrO2) destekli Co-Mn-B ve mangan dioksit (MnO2) destekli Co-Cr-B katalizörleri geliştirilmiştir. Metal oksit destekli ve bimetalik yapıya sahip olan bu iki katalizör için optimum kobalt ve katkı metali yüklemeleri ile optimum NaOH ve NaBH4 konsantrasyonları araştırılmıştır. Co-Mn-B katalizörü için ZrO2'ye ek olarak silisyum dioksit, seryum dioksit ve titanyum dioksit destek malzemelerinin etkileri de incelenmiştir. En yüksek katalitik aktivite değerleri, ZrO2 destekli Co-Mn-B katalizörü için 10,40 L/gmetal‧dk ve MnO2 destekli Co-Cr-B katalizörü için 12,07 L/gmetal‧dk olarak bulunmuştur. Katalizlenen reaksiyonların görünür aktivasyon enerjileri belirlenen optimum koşullar altında 20 – 40 °C aralığındaki sıcaklıklar için Arrhenius denklemi kullanılarak ZrO2 destekli Co-Mn-B katalizörü için 43,68 kJ/mol ve MnO2 destekli Co-Cr-B katalizörü için 46,51 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Katalizörlerin tekrar kullanılabilirlik oranı birbirini takip eden beş kullanım için belirlenmiştir. Deneysel sonuçlar taramalı elektron mikroskopisi (SEM), geçirimli elektron mikroskopisi (TEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS), X-ışını kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve azot adsorpsiyon/desorpsiyonu tekniklerini içeren fizikokimyasal karakterizasyonlar ile desteklenmiştir.
Özet (Çeviri)
The adaptation of hydrogen energy to daily life depends on the development of effective solutions to the problems related to the production and storage of hydrogen. Sodium borohydride (NaBH4) is a promising material for solid-state hydrogen storage with 10.8 wt.% hydrogen (H2) content. Cobalt boride (Co-B) catalysts with low cost and high catalytic activity used for H2 production from NaBH4 have an agglomeration problem that reduces the active surface area of the catalyst. This problem can be solved by the addition of a second dopant metal to the catalyst structure or by dispersing the catalyst on a porous support material. In this study, zirconium dioxide (ZrO2) supported Co-Mn-B and manganese dioxide (MnO2) supported Co-Cr-B catalysts were developed for H2 production from hydrolysis of NaBH4. Optimum cobalt loading, dopant metal loading, NaOH and NaBH4 concentration were investigated for both two metal oxide supported bimetallic catalysts. The effects of support materials (silicon dioxide, cerium dioxide and titanium dioxide) in addition to ZrO2 on the Co-Mn-B catalyst were also investigated. The highest catalytic activity values were found to be 10.40 L/gmetal‧min for ZrO2 supported Co-Mn-B catalyst and 12.07 L/gmetal‧min for MnO2 supported Co-Cr-B catalyst. The apparent activation energy values of the catalyzed reactions were calculated as 43.68 kJ/mol for Co-Mn-B/ZrO2 and 46.51 kJ/mol for Co-Cr-B/ MnO2 using Arrhenius equation for temperatures in the range of 20 – 40 °C under the determined optimum conditions. The reusability ratio of the catalysts was determined for five consecutive uses. The experimental results were supported by physicochemical characterization methods including scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and nitrogen adsorption/desorption.
Benzer Tezler
- Manyetik olarak geri kazanılabilen indirgenmiş grafen oksite tutturulmuş bimetalik M-Pd (M: Co, Ni, Cu) alaşım nanopartiküllerinin sentezi ve C-H arilasyon tepkimelerinde katalitik etkinliklerinin araştırılması
The synthesis of bimetallic M-Pd (M: Co, Ni, Cu) alloy nanoparticles supported on magnetically recoverable reduced graphene oxide and investigation of their catalytic performance in C-H arylation reactions
YUNUS ZOZİK
- Synthesıs and graphene encapsulatıon of fe-based bınary metallıc nanopartıcles
Fe-bazlı ikili metalik nanopartiküllerin sentezi ve grafen ile enkapsülasyonu
SEYFULLAH CEYLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI
- K-OMS-2 (mangan oksit) destekli bimetalik PdxNi1-x nanokatalizörlerin hazırlanması, tanımlanması ve Suzuki-Miyaura C-C Eşleşme Reaksiyonlarındaki katalitik etkinliklerinin incelenmesi
Preparation and characterization of K-OMS-2 (manganese oxide) supported bimetallic PdxNi1-x nanocatalysts and investigation of their catalytic activity in Suzuki-Miyaura C-C Coupling Reactions
YASEMİN GÜLEN
- Bazı aldehitlerin katalitik dehidrojenasyon ile eldesinin incelenmesi
The investigation of the production of some aldehydes by catalytic dehydrogenation
GÜLİN SELDA POZAN
Doktora
Türkçe
2003
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSMAİL BOZ
- Karbon destekli bimetalik NiCo alaşım nanokümeleri: Sentezi, tanımlaması ve amonyak boranın metanoliz tepkimesindeki katalitik uygulaması
Carbon supported NiCo alloy nanoclusters: synthesis, charactarization and their catalytic application in the methanolysis of the ammonia borane
TUBA TOP
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
KimyaVan Yüzüncü Yıl ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ZAHMAKIRAN