Perovskit katalizörlerin bor esaslı katı roket yakıtlarında kullanımı
Use of perovskit catalysts in boron based solid rocket fuels
- Tez No: 962836
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ALİ FARUK ÖKSÜZÖMER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Kimya Mühendisliği, Aeronautical Engineering, 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: 93
Özet
Roket yakıtları, katı ve sıvı olarak iki ana grupta incelenmektedir. Küresel roket teknolojileri ve literatür, katı roket yakıtlarının (KRY) yüksek itiş gücü sağladığını ortaya koymuştur. NASA ve ESA gibi kuruluşlar, KRY teknolojisinin önemini vurgulamıştır. Katı yakıtlar, sıvı yakıtlara göre daha yüksek itiş sunar, ancak yanma başlatıldığında durdurulamaz. Sıvı yakıtlar ise kontrollü yanma özelliğiyle inişlerde tercih edilirken, katı yakıtlar kalkış ve yörüngeye ulaşma için uygundur. Bu çalışmada, KRY bileşimlerinde geleneksel Fe2O3 katalizörü yerine yanma hızını ve stabilitesini artırmak için perovskit yapılı katalizörlerin kullanımını ve alüminyum yerine yerli bor kaynaklarından yararlanılarak bor esaslı KRY bileşimlerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Katalizör sentezi için sitrat-nitrat yöntemi kullanılmış; üretilen katalizörlerin yapısal özellikleri, gelişmiş karakterizasyon yöntemleriyle analiz edilmiştir. Katalizörlerin kristal yapısı X-Işını Difraksiyon Spektroskopisi (XRD) ile tanımlanmış, yüzey alanları Brunauer-Emmett-Teller (BET) yöntemiyle belirlenmiştir. Analizler, tüm katalizörlerin perovskit kristal fazını oluşturduğunu ve her bir katalizörün gözenekli morfolojiye sahip olduğunu göstermiştir. Katalizörlerin, amonyum perkloratın (AP) termal bozunma davranışı üzerindeki etkileri,Termogravimetrik ve Diferansiyel Termal Analiz (TG/DTA) ve izodönüşüm yöntemlerle incelenmiştir. Bor esaslı KRY bileşimine eklenen katalizörlerin yanma performansı, dikey yanma test cihazıyla farklı basınç koşullarında kapalı yanma odasında test edilmiş ve yanma hızı hesaplanmıştır. Katalizörler sırasıyla AP'nin tam bozunma sıcaklığı olan HDS değerini 436 °C'den 335.4, 335.1, 343.1 °C'lerine düşürmeyi ve bu çalışmada aktivasyon enerjisi 142.8 kJ/mol bulunan saf AP'nin Ea değerini ise sırasıyla 101.1, 82.4, 90.4 kJ/mol değerlerine düşürmeyi başarmışlardır. Yüksek çözünürlüklü dijital kamerayla ağır çekim modunda kaydedilen yanma videoları sonucunda hesaplanan hız değerleri ve o hızlarda ayarlanan basınç seviyelerinin ln değerleri alınarak oluşturulan grafiklerde vieille denklemi kullanılarak 'n' basınç üsteli değerleri de literatürde yanma için uygun aralık olarak belirtilen 0.1-0.4 arasında bulunmuştur. Seçilen katalizörler için n değerleri sırasıyla 0.30, 0.25 ve 0.28'dir. Yapılan tüm çalışmalar sonucunda saf bor içerikli KRY bileşiminin yanmasına kıyasla, La0.8Ca0.2Co0.5Mn0.5O3, La0.8Ca0.2Co0.5Fe0.5O3 ve La0.8Ca0.2Co0.5Ni0.5O3 perovskit yapılı katalizörleri yanmayı sırasıyla yaklaşık %15, %34 ve %20 değerlerinde düşürmeyi başarmıştır.
Özet (Çeviri)
Rocket propellants are classified into two main categories: solid and liquid. Global rocket technologies and literature demonstrate that solid rocket propellants (SRPs) provide high thrust. Organizations such as NASA and ESA emphasize the critical role of SRP technology. Solid propellants offer higher thrust compared to liquid propellants but cannot be stopped once ignited. Liquid propellants, with their controllable combustion, are preferred for landings, while solid propellants are suitable for launch and orbital ascent. This study aims to utilize perovskite-structured catalysts to enhance combustion rate and stability in SRP formulations, replacing the conventional Fe2O3 catalyst, and to develop boronbased SRP compositions using domestic boron resources as an alternative to aluminum. Catalysts were synthesized via the citrate-nitrate method, and their structural properties were analyzed using advanced characterization techniques. The crystal structure of the catalysts was determined by X-ray Diffraction (XRD), and their surface areas were measured using the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method. Analyses confirmed that all catalysts formed the perovskite crystal phase and exhibited a porous morphology. The effects of the catalysts on the thermal decomposition behavior of ammonium perchlorate (AP) were evaluated using Thermogravimetric and Differential Thermal Analysis (TG/DTA) and isodönüşümal methods. The combustion performance of boron-based SRP compositions with added catalysts was tested in a closed combustion chamber under varying pressure conditions using a vertical-strand burner, and the burning rate was calculated. The catalysts successfully reduced the high decomposition temperature (HDS) of AP from 436 °C to 335.4 °C, 335.1 °C, and 343.1 °C, respectively. Additionally, the activation energy (Ea) of pure AP, determined as 142.8 kJ/mol in this project, was lowered to 101.1 kJ/mol, 82.4 kJ/mol, and 90.4 kJ/mol, respectively. Combustion videos recorded in slow-motion with a high-resolution digital camera were used to calculate burning rates. Graphs plotting the natural logarithm of pressure levels against these rates were analyzed using the Vieille equation, yielding pressure exponent (n) values within the desired literature range of 0.1–0.4. The n values for the selected catalysts were 0.30, 0.25, and 0.28, respectivelyAs a result of all the studies, compared to the combustion of pure boroncontaining CRY composition, La0.8Ca0.2Co0.5Mn0.5O3, La0.8Ca0.2Co0.5Fe0.5O3 and La0.8Ca0.2Co0.5Ni0.5O3 perovskite structured catalysts were able to reduce the combustion by approximately %15, %34 and %20, respectively.
Benzer Tezler
- Bor esaslı katı roket yakıtları için alternatif katalizörlerin geliştirilmesi
Development of alternative catalysts for boron-based solid rocket fuels
ÖZBEN YILDIZ AKIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VEDAT SARIBOĞA
- Hekzagonal bor nitrür katkılı perovskit katalizörlerinin sentezi, karakterizasyonu ve katalitik aktivitelerinin incelenmesi
Synthesis, characterization and investigation of catalytic activities of hexagonal boron nitride incorporated perovskite catalysts
ZEYNEP BALTA
Doktora
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiYalova ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESRA BİLGİN ŞİMŞEK
- Alkali yakıt hücreleri için karbon destekli nikel, gümüş ve nikel - gümüş katalizörlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of carbon paper supported nickel, silver and nickel - silver catalysts for alkali̇ne fuel cell
MEHMET GÜRBUZ
- Styrenation of oils based on castor oil
Hintyağı temelli yağların stirenlenmesi
OSMAN SERMET KABASAKAL
Doktora
İngilizce
1995
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. AHMET TUNCER ERCİYES
- Hydrometallurgical recovery of platinum from catalytic converters
Hidrometalurjik yöntemle platinin katalitik konvertörlerden geri dönüştürülmesi
DERYA OTLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİGEN KADIRGAN