Yeni Nesil Asidik Karakterli Çekirdek-Kabuk Yapısındaki Katalizörlerin Sentezi ve Karakterizasyon Çalışmaları

Kaçar B., Pekmezci Karaman B., Oktar N., Mürtezaoğlu K.

14. Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi (UKMK2020), Konya, Türkiye, 10 - 12 Haziran 2021

  • Yayın Türü: Bildiri / Özet Bildiri
  • Basıldığı Şehir: Konya
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Gazi Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Alternatif yakıt üretimi için yüksek yüzey alanına ve gözenek çapına sahip yüksek termal kararlılığı olan tercihen mezogözenekli yapıdaki katalizörlerin geliştirilmesi son derece önemlidir. Çalışma kapsamında sentez gazından doğrudan yöntem ile alternatif yakıt dimetil eterin üretimi için yeni nesil asidik karakterli çekirdek-kabuk yapısında katalizörler sentezlenmiştir. Çekirdek-kabuk (“core-shell”) yapısındaki katalizörler, çekirdek (“core”) kısmındaki malzemenin başka bir malzeme ile kaplanmasıyla (“shell”) oluşmaktadır. Böylece çekirdek kısmındaki malzemenin özelliklerinin iyileştirilmesi ve katalizörün aktivitesinin arttırılması hedeflenmektedir.  Sentez gazından dimetil eter(DME) üretimi için çift fonksiyonlu katalizörler kullanılmaktadır; sentez gazından metanol sentezi için bakır-çinko içerikli malzemeler kullanılırken metanolden dimetil eter üretimi için yüksek yüzey asitliğine sahip metanol dehidrasyon katalizörleri kullanılmaktadır. Sentez gazından DME üretimi için katalizörün yüksek Bronsted asit sitelerine sahip olması oldukça önemlidir. Artan yüzey asitliğiyle birlikte reaktant dönüşümünün (CO) ve DME seçiciliğinin arttığı literatür çalışmalarından görülmektedir [1-2]. Bu nedenle de hazırlanan katalizörlerin kabuk kısmı yüksekyüzey asitliğine sahip heteropoli asit (Silikatungstik asit-STA) içerikli silika yapılarından oluşurken malzemenin kabuk kısmı metanol sentezi için aktif metaller olan Cu-ZnO yapılarından oluşmaktadır. Hazırlanan katalizörler modifiye edilmiş mikroenkapsilasyon yöntemiyle sentezlenmiştir [3]. Malzemelerin bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerinin belirlenmesi için XRD, SEM/EDS, DRIFTS ve N2adsorpsiyon desorpsiyon analizleri gerçekleştirilmiştir. XRD ve SEM/EDS analizi sonucunda malzemelerin başarıyla sentezlendiği ve mikroküre yapılarının oluştuğu görülmüştür. Katalizörlerin BET analizi sonucuna göre malzemelerin mezogözenekli yapıda olduğu ve EDS analizi ile de istenilen miktarda STA’nın yapıya başarıyla yüklendiği belirlenmiştir.  Katalizörlerin DRIFTS analizinden ise STA yüklemesi ile Lewis asit sitelerine sahip silika-bakır-çinko içerikli malzemede yüksek Bronsted asit sitelerinin oluştuğu görülmüştür. Hazırlanan çift fonksiyonlu katalizörün fiziksel özelliklerine bakıldığında sentez gazından DME üretimi için uygun bir malzemedir. Çalışmanın katalizör geliştirilmesi ve karakterizasyonu çalışmalarında önemli bir yeri olacağı düşünülmektedir. 

Anahtar kelimeler: Çekirdek-kabuk, çift fonksiyonlu katalizörleri alternatif yakıt, DME, STA, silika, bakır, çinko

1. Karaman, B. P., Oktar, N., Dogu, G. and Dogu, T. (2020). Bifunctional silicotungstic acid and tungstophosphoric acid ımpregnated Cu–Zn–Al & Cu–Zn–Zr catalysts for dimethyl ether synthesis from syngas. Catalysis Letters. 
2. Karaman, B. P., Oktar, N. (2020). Tungstophosphoric Acid Incorporated Hierarchical HZSM-5 Catalysts for Direct Synthesis of Dimethyl Ether.  International Journal of Hydrogen Energy. 
3. Gunduz Meric, G., Arbag, H. and Degirmenci, L. (2017) Coke minimization via SiC formation in dry reforming of methane conducted in the presence of Ni-based core–shell microsphere catalysts. International Journal of Hydrogen Energy, 42, 16579-16588.