Bor esaslı katı roket yakıtları için alternatif katalizörlerin geliştirilmesi
Development of alternative catalysts for boron-based solid rocket fuels
- Tez No: 920783
- Danışmanlar: DOÇ. DR. VEDAT SARIBOĞA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
Bu tez çalışmasında, bor esaslı kompozit yakıtların performansını artırmayı hedefleyen perovskit yapılı katalizörlerin geliştirilmesi, sentezlenmesi, karakterizasyonu ve test edilmesi amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında, katalizörlerin sentezi için sitrat-nitrat yöntemi tercih edilmiş ve bu yöntemle sentezlenen katalizörlerin yapısal özellikleri ileri karakterizasyon teknikleri kullanılarak incelenmiştir. Katalizörlerin kristal yapısı XRD ile belirlenmiş ve yüzey alanları BET yöntemiyle ölçülmüştür. Tüm katalizörler başarılı bir şekilde perovskit kristal fazını oluşturmuş ve analizler sonucunda gözenekli, süngerimsi bir morfoloji sergiledikleri tespit edilmiştir. Katalizörlerin AP'nin termal bozunma davranışı üzerindeki etkileri TGA ve izokonversiyonel yöntemler kullanılarak değerlendirilmiştir. Yapılan analizler, özellikle La₀,₈Ca₀,₂Fe₀,₅Co₀,₅O₃ katalizörünün AP'nin yüksek sıcaklıkta bozunma sıcaklığını (HDS) %26,3 oranında düşürerek 335,1°C'ye indirdiğini göstermiştir. Ayrıca bu katalizör, AP'nin aktivasyon enerjisini %43,1 oranında azaltarak 144,69 kJ/mol'den 82,35 kJ/mol'e düşürmüştür. Bu sonuçlar, La₀,₈Ca₀,₂Fe₀,₅Co₀,₅O₃ katalizörünün AP'nin termal davranışını iyileştirme potansiyelini açıkça ortaya koymaktadır. Tez çalışmasında ayrıca, sentezlenen katalizörlerin bor esaslı kompozit yakıtların yanma davranışı üzerindeki etkileri yanma testi ile değerlendirilmiştir. Yapılan yanma testleri sonucunda, La₀,₈Ca₀,₂Fe₀,₅Co₀,₅O₃ katalizörünün basınç üsteli (n) değerini katalizör içermeyen bor esaslı yakıta kıyasla önemli ölçüde azaltarak n = 0,4615'ten n = 0,2419'a düşürdüğü ve 20, 40 ve 60 bar için yanma hızlarında en yüksek değerlere ulaşıldığı tespit edilmiştir. 40 bar basınç altında yapılan testlerde, Fe₂O₃ katalizörü saf borun yanma hızını %12,8 oranında artırırken, La₀,₈Ca₀,₂Fe₀,₅Co₀,₅O₃ katalizörü %29,6 oranında en yüksek artışı sağlamıştır. Bu sonuçlar, katalizörün hem yanma hızlarını artırma hem de basınç bağımlılığını azaltma konusundaki üstün performansını açıkça göstermektedir. Son olarak, SEM ve EDX analizleri, bor esaslı kompozit yakıt bileşenlerinin homojen bir şekilde dağıldığını doğrulamıştır. Elde edilen bulgular, özellikle La₀,₈Ca₀,₂Fe₀,₅Co₀,₅O₃ katalizörünün bor esaslı kompozit yakıtların performansını artırmada oldukça etkili bir rol oynadığını göstermiştir. Çalışma, gelecekte bor esaslı yakıtların performansını daha da geliştirebilmek için bor oksit tabakasının giderilmesine yönelik yeni yaklaşımların geliştirilmesini önermektedir
Özet (Çeviri)
In this thesis study, the aim was to develop, synthesize, characterize, and test perovskite-structured catalysts to enhance the performance of boron-based composite fuels. The citrate-nitrate method was employed for catalyst synthesis, and the structural properties of the synthesized catalysts were analyzed using advanced characterization techniques. The crystal structure of the catalysts was determined through XRD, and their surface areas were measured using the BET method. All catalysts successfully formed the perovskite crystal phase and exhibited a porous, sponge-like morphology, as confirmed by the analyses. The effects of the catalysts on the thermal decomposition behavior of ammonium perchlorate (AP) were evaluated in detail using TGA and isoconversional methods. The analyses revealed that the La₀.₈Ca₀.₂Fe₀.₅Co₀.₅O₃ catalyst reduced AP's high decomposition temperature (HDT) by 26.3%, bringing it down to 335.1°C. Furthermore, this catalyst decreased AP's activation energy by 43.1%, from 144.69 kJ/mol to 82.35 kJ/mol. These results clearly demonstrate the potential of the La₀.₈Ca₀.₂Fe₀.₅Co₀.₅O₃ catalyst to improve the thermal behavior of AP. The combustion tests revealed that the La₀.₈Ca₀.₂Fe₀.₅Co₀.₅O₃ catalyst significantly reduced the pressure exponent (n) from 0.4615 to 0.2419 compared to non-catalyzed fuel, while achieving the highest combustion rates at 20, 40 and 60 bar pressures. At a pressure of 40 bar, the Fe₂O₃ catalyst increased the combustion rate of pure boron by 12.8%, whereas the La₀.₈Ca₀.₂Fe₀.₅Co₀.₅O₃ catalyst achieved the highest increase of 29.6%. These findings highlight the superior performance of the catalyst in both enhancing combustion rates and reducing pressure dependency. Finally, SEM and EDX analyses confirmed the homogeneous distribution of boron-based composite fuel components. The findings demonstrate that the La₀.₈Ca₀.₂Fe₀.₅Co₀.₅O₃ catalyst plays a highly effective role in improving the performance of boron-based composite fuels. The study suggests that future research should focus on developing new approaches to eliminate the boron oxide layer to further enhance the performance of boron-based fuels.
Benzer Tezler
- Perovskit katalizörlerin bor esaslı katı roket yakıtlarında kullanımı
Use of perovskit catalysts in boron based solid rocket fuels
ZEYNEP BURCU ACAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALİ FARUK ÖKSÜZÖMER
- Dikkat eksikliği hiperaktivite bozukluğu olan çocuklarda etiyolojik faktörlerin değerlendirilmesi: Serumda bor ve selenyum düzeyleri
Assessment of etiologic factors in children with attention deficit hyperactivity disorder: Serum levels of boron and selenium
ELİF DENİZ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2008
Aile HekimliğiErciyes ÜniversitesiAile Hekimliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK MISTIK
- Borlanmış AISI M35 ve AISI M42 çeliklerinin karakterizasyonu ve aşınma davranışlarının incelenmesi
Characterization of the boronized AISI M35 & M42 steels and investigation of the wear behavior
MEHMET KÜÇÜKKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HALİL AYTEKİN
- Borlama yüzey kaplama teknolojisinin bir dizel motorun yanma odası elemanlarına uygulanması
Application of boronizing technique to a diesel engines' combusiton chamber parts
UĞUR ÖZTÜRK
Doktora
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiFırat ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANBEY HAZAR
- Borik asit (H3BO3) katkılı bir alsicu alaşımı kaymalı yatak malzemesinin mekanik ve mikroyapı özelliklerinin incelenmesi
Bori̇k asi̇t (H3BO3) katkılı bi̇r alsicu alaşımı kaymalı yatak malzemesi̇ni̇n mekani̇k ve mi̇kroyapı özelli̇kleri̇ni̇n i̇ncelenmesi̇
YUSUF YAKUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji MühendisliğiFırat ÜniversitesiMetalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KAPLAN