Metanın oksidatif birleşme reaksiyonu için nanotel yapılı lantan oksit ve lantan dioksikarbonat katalizörlerin hazırlanması
Preparation of nanowire structured lanthanum oxide and lanthanum dioxycarbonate catalysts for the oxidative coupling reaction of methane
- Tez No: 977024
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞE NİLGÜN AKIN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde doğal gazın doğrudan kimyasal ürünlere dönüştürülmesi, enerji verimliliği ve çevresel sürdürülebilirlik açısından ön plana çıkarken; bu çalışmada, metanın oksidatif birleşme reaksiyonu (OCM) yoluyla etilen üretimini hedefleyen, özellikle düşük sıcaklıklarda yüksek katalitik performans ve seçicilik gösterebilen lantanyum temelli nanoyapılı katalizörlerin tasarımına odaklanılmıştır. Bu doğrultuda, nanotel morfolojisinde La₂O₃ ve La₂O₂CO₃ esaslı katalizörler hidrotermal yöntemle başarıyla sentezlenmiş; sentez parametrelerinin (sıcaklık, süre, alkali çöktürme çözeltisi) morfoloji ve faz oluşumuna etkileri sistematik olarak incelenmiştir. Özellikle, 200 °C ve üzeri hidrotermal sıcaklıklarda amonyak çözeltisi (NH₃) kullanılarak yapılan sentezlerde homojen nanotel yapının başarıyla elde edildiği belirlenmiştir. Katalizörlerin yapısal ve yüzey özellikleri X-ışını kırınımı (XRD), termogravimetrik analiz (TGA), özgül yüzey alanı ölçümleri (BET), sıcaklık programlı CO2 desorpsiyonu (TPD-CO2), ve yüksek çözünürlüklü taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) teknikleriyle karakterize edilmiştir. Ayrıca, katalitik performans testleri sabit yataklı akışlı reaktörde 350–700 °C sıcaklık aralığında gerçekleştirilmiş; metan dönüşümü, C₂+ ürün seçiciliği ve uzun süreli yapısal kararlılık parametreleri incelenmiştir. Katalitik testler sonucunda, nanotel yapıdaki saf La₂O₂CO₃ katalizörü ile 350 °C gibi düşük sıcaklıkta bile yaklaşık %30 CH₄ dönüşümü ve %42 C₂+ seçiciliğine ulaşılmıştır. Çeşitli katkı maddelerinin etkisi incelendiğinde, Sr katkısının dönüşüm oranını azaltmasına rağmen C₂+ seçiciliğini belirgin şekilde artırdığı gözlenmiştir. Ce katkısı redoks özellikleri nedeniyle, Mg katkısı ise güçlü yüzey bazikliği nedeniyle C₂+ seçiciliğini olumsuz etkilemiştir. Sr katkılı katalizörlerle daha yüksek sıcaklıklarda en yüksek C₂+ verimine ulaşılmıştır. Ayrıca, en iyi performansı gösteren La₂O₂CO₃ katalizörü 500 °C'de 50 saat boyunca yapılan uzun süreli kararlılık testinde yüksek yapısal ve kimyasal stabilitesini korumuş; katalitik özelliklerinde belirgin bir bozulma gözlenmemiştir.
Özet (Çeviri)
As the direct conversion of natural gas into value-added chemicals becomes increasingly important for energy efficiency and environmental sustainability, this study focuses on the design of lanthanum-based nanostructured catalysts demonstrating high catalytic performance and selectivity, especially at low temperatures, for oxidative coupling reaction (OCM) of methane. Accordingly, La₂O₃ and La₂O₂CO₃-based catalysts with nanowire morphology were successfully synthesized via the hydrothermal method. The effects of synthesis parameters (temperature, duration, and alkaline precipitating solution) on morphology and phase formation were systematically studied. Notably, homogeneous nanowire structures were obtained when using ammonia solution (NH₃) at hydrothermal temperatures of 200 °C and above. The catalysts were comprehensively characterized using X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface area measurements, temperature-programmed CO₂ desorption (CO₂-TPD), and field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Additionally, catalytic performance tests were carried out in a fixed-bed flow reactor within the temperature range of 350–700 °C, and methane conversion, C₂+ product selectivity, and long-term structural stability parameters were investigated. The nanowire-structured pure La₂O₂CO₃ catalyst achieved approximately 30% CH₄ conversion and 42% C₂+ selectivity even at a low temperature of 350 °C. The effect of different promoters on catalyst activity was also investigated. While Sr doping decreased the conversion rate, it significantly enhanced C₂+ selectivity. In contrast, Ce and Mg dopants negatively affected selectivity due to redox behavior and strong surface basicity, respectively. The highest C₂+ yield was observed with Sr-doped catalysts at elevated temperatures. The best-performing La₂O₂CO₃ catalyst maintained high structural and chemical stability during a 50-hour test at 500 °C, with no significant degradation in catalytic activity.
Benzer Tezler
- Metanın oksidatif birleşme reaksiyonu için etkin katalizörlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of efficient catalysts for oxidative coupling of methane
HASAN ÖZDEMİR
Doktora
Türkçe
2015
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALİ GÜRKAYNAK
- A study on kinetics of methane oxidative steam reforming (OSR) over Pt-Ni/δ-Al2O3 bimetallic catalysts
Bimetalik Pt-Ni/δ-Al2O3 katalizörleri üzerinde metanın oksidatif buhar reformlaması (OSR) kinetik çalışması
ELİF ERDİNÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Catalytic partial oxidation of methane
Metanın katalitik kısmi oksidasyonu
ŞÜKRÜ ÖZTÜRK
Doktora
İngilizce
1998
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. IŞIK ÖNAL
- Metanın Oksi-Co2 reformlanması reaksiyonu için CeO2, Al2O3, ZrO2, MgAl2O4 destekli Ni katalizörlerinin yüzeyde çöktürme yöntemi ile hazırlanması
Preparation of nickel catalysts supported on CeO2, Al2O3, ZrO2, MgAl2O4 by deposition precipitation method for Oxy-CO2 reforming of methane
TUGAY PEHLİVAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TUBA GÜRKAYNAK ALTINÇEKİÇ
- Three dimensional modelling of autothermal reforming of methane in a Pt-Ni washcoated micro-channel reactor
Metanın mikro kanallı Pt-Ni ile kaplı reaktörde ototermal reformlamasının üç boyutlu simülasyonu
BİLGE KEREM AKSAKAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN BEDİR
PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU