PROF. DR. TİMUR DOĞU

Zr and silicotungstic acid incorporated silicate structured mesoporous catalysts for dimethyl ether synthesis Dimetil-eter sentezinde Zr ve silikotungstik asit içeren silika yapılı mezogöznekli katalizörler

Petrol kaynaklı yakıtların tüketiminin artması ve çevresel yönetmeliklerden dolayı, hammadde kaynağı bol olan çevre dostu ve verimli yakıtlarla ilgili olarak önemli çalışmalar başlatılmıştır. Dimetil eter (DME), yanma kalitesinin iyi olması ve yüksek setan sayısıyla beraber dizel yakıtına alternatif olarak görülmektedir. Yanma kalitesinin iyileştirilmesiyle, DME kullanılan motorlarda emisyonlar oldukça düşürülmektedir. DME sentezi iki farklı yolla gerçekleştirilebilir; asit katalizörler üzerinde metanol dehidrasyonu ve bifonksiyonel katalizörler üzerinde sentez gazı dönüşümü yoluyla. Bu çalışmada amaç, DME sentezini methanol dehidrasyonu ile gerçekleştirmektir. Çalışma kapsamında, asidik katalizörler doğrudan hidrotermal sentez metoduyla sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir. Sentezlenen katalizörlerin destek maddesi MCM-41’dir ve silikotungstik asid (STA) ve metaller (Zr / Ni / Cu) MCM-41 üzerine sentez süresince eklenmiştir. Yüzey aktif maddenin (CTMABr) katalizör yapısından uzaklaştırılmasında iki farklı metot kullanılmıştır. Bunlardan ilki, kalsinasyon (350°C’de) ve ikinci ise metanol ile modifiye edilmiş CO2 ile süperkritik akışkan ekstraksiyondur (farklı çalışma koşullarında). Farklı metal türlerinin ekstraksiyon performansı üzerindeki etkisi, Ni ve Cu kullanılarak hazırlanmış katalizörlerin karakterizasyonları ile incelenmiştir. Buna ek olarak çalışma koşullarının katalizör özellikleri üzerindeki etkisi ekstraksiyonu farklı basınç ve periyotlarda gerçekleştirerek araştırılmıştır. Buna ek olarak, metal tipinin de değiştirilmesiyle ekstraksiyon verimliliği gözlenmiştir. Karakterizasyon sonuçları, ekstraksiyonun da yüzey aktif madde uzaklaştırmada umut verici bir yöntem olduğunu göstermektedir. Zr eklenmiş katalizörlerin aktiviteleri metanol dehidrasyonu reaksiyonunda test edilmiştir. Sonuç olarak, metanol dönüşümü ve DME seçiciliği kalsine edilmiş numunelerde (maksimum verim -0.80- 300°C’de cSZ6 ile) ekstraksiyon yapılmış numunelere (maksimum verim -0.54- 450°C’de sceSZ1 ile) kıyasla daha fazladır. Bu sonuç, DRIFTS analizi ile de öngörülebilir. Ekstraksiyon yapılmış numunelerin asit bölgeleri kalsine edilen numuneler kadar güçlü değildir.

Sorption enhanced ethanol reforming over cobalt, nickel incorporated MCM-41 for hydrogen production Kobalt, nikel eklenmiş MCM-41 üzerinde hidrojen üretimi amacıyla adsorpsiyon destekli etanol reformlama

Kısıtlı miktardaki fosil kaynakların tükenmeye yüz tutması ve CO2 emisyonuna bağlı çevresel etki nedeniyle temiz enerji kaynağı olan hidrojene ilgi artmaktadır. Yüksek miktarda su içeren biyo-etanolden buharlı reformlama reaksiyonu ile hidrojen üretimi, CO2 nötrlüğü nedeniyle yüksek potansiyel taşımaktadır. Fakat etanol buharlı reformlama reaksiyonu, hidrojen verimini azaltan ve proses ekonomisine negatif etki yapan birçok yan reaksiyona sahip kompleks bir prosestir. Ayrıca termodinamik limitasyonlar hidrojen veriminde azalmaya yol açar. Bu çalışmada, Ni ve Co impregne edilmiş MCM-41 tipi mezogözenekli katalizörler üzerinde denenen etanol buharlı reformlama reaksiyonunun hidrojen verimini arttırmak için adsorpsiyon destekli buharlı reformlama adı verilen yeni bir proses incelenmiştir. Bu proseste hidrojen verimini arttırmak amacıyla CO2’nin CaO aracılığıyla uzaklaştırılması yöntemi kullanılmıştır. Katalizörler, hem etanol buharlı reformlama reaksiyonu hem de adsorpsiyon destekli buharlı reformlama reaksiyonu üzerinde önemli rol oynamaktadırlar. MCM-41 tipi mezogözenekli katalizörlerin keşfi, kataliz çalışmalarında yeni bir dönem başlatmıştır. Bu çalışmada, metal/Si mol oranı 0.1 olan, Co ve Ni içeren MCM-41 tipi malzemeler impregnasyon yöntemi ile sentezlenmiş, karakterize edilmiş ve 500oC, 550oC ve 600oC’lerde hem etanol buharlı reformlama hem de adsorpsiyon destekli etanol buharlı reformlama reaksiyonlarında test edilmiştir. Sentezlenen katalizörlerin EDS ve XRD sonuçları, Co ve Ni’in MCM-41 yapısına başarıyla katıldığını göstermektedir. MCM-41’in karakteristik gözenek yapısı kısmen korunmuştur. Sentezlenen Co-MCM-41 ve Ni-MCM-41 katalizörlerinin yüzey alanı ve gözenek çapı değerleri sırasıyla; 303.6 m2/g ? 1.98 nm ve 449 m2/g ? 2.2 nm’dir. Her iki katalizörle elde edilen katalitik test sonuçları, hidrojen veriminin CaO varlığında önemli ölçüde arttığını kanıtlamıştır. Ni-MCM-41 katalizörünün katalitik performansı Co-MCM-41 katalizörüne göre daha fazladır. Co-MCM-41 katalizörü ile elde edilen en yüksek hidrojen verimi CO2 adsorpsiyonu sırasında 550oC’de 3.1 olarak elde edilmiştir. Bu değer katalizörün pratik kullanımı için uygun değildir. Aynı sıcaklıkta CaO kullanılmadığında hidrojen verimi sadece 1.62’dir. 600oC’de Ni-MCM-41 katalizörünün adsorsiyon destekli reformlama reaksiyonunda hidrojen verimi 5.6’dır ve bu değer elde edilebilecek en yüksek hidrojen verimi olan 6’nın %94’ününe tekabül eder. Anahtar Kelimeler: Co-MCM-41, Ni-MCM-41, buharlı reformlama, adsorpsiyon destekli buharlı reformlama, hidrojen