Mekanokimyasal yöntemle sodyum amitten sodyum borhidrür sentezi, katalitik dehidrojenasyonu ve yakıt hücrelerinde kullanımı.


Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2011

Öğrenci: ÖZGE USTA

Eş Danışman: İRFAN AR, METİN GÜRÜ

Özet:

Dünya nüfusunun giderek büyümesi ve teknolojinin gelişmesi nedeniyle, artan nüfusun daha iyi yaşam koşullarına ulaşma isteği günden güne artmaktadır. Buna paralel olarak daha çok tüketim söz konusu olmakta ve üretim ihtiyacını karşılayacak enerji miktarı da yükselmektedir. Artan enerji ihtiyacı; fosil yakıtların ıslahına yol açmakta, yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarının geliştirilmesi yönünde araştırmaların yapılmasını zorunlu kılmaktadır. Hidrojen enerjisi temiz bir enerji olmasına rağmen, hidrojen depolama, taşıma ve güvenli bir şekilde son kullanıcıya ulaştırma problemleri sebebiyle henüz uygulamaya geçilememektedir. Bu amaçla sodyum borhidrür sentezi geliştirilerek, hidrojenin depolanmasındaki problemlerin giderilmesine çalışılmaktadır. Bununla beraber, dehidrojenasyon yöntemi ile kontrollü hidrojen açığa çıkarılması ve emniyetli kullanım yöntemleri önem kazanmaktadır. Bu konuda, çeşitli katalizörler varlığında ve farklı reaksiyon şartlarında en yüksek reaksiyon verimini optimum şartlarda belirlemek amacıyla çalışmalar yürütülmektedir. Bu çalışmada sodyum amit, magnezyum hidrür ve bor oksitten speks tipi 3 boyutlu öğütücü sisteminde mekanokimyasal reaksiyon ile yüksek oranda hidrojen depolayabilen sodyum borhidrür (NaBH4), üretilmiş ve etilen diamin ile saflaştırılmıştır. Elde edilen ürünün karakterizasyonu amacıyla FT-IR, XRD, TGA/DTA, tane boyutu analizi ve iyodimetrik analiz tekniklerinden yararlanılmıştır. Sodyum borhidrürden enerji elde etmek amacıyla katalitik dehidrojenasyon reaksiyonu ile hidrojen üretilmiştir. Dehidrojenasyon işleminde kullanılan katalizörler ekonomik olarak sentezlenmiştir. Katalizörlerin dehidrojenasyon reaksiyonunda kullanılması sonucunda, tepkimeye ait kinetik özellikler geliştirilmiştir. Katalizörlerin yüzey özelliklerinin ve elementel içeriklerinin belirlenmesi için SEM+EDS ve BET analizleri yapılmıştır. Ayrıca üretilen hidrojenin proton değişim membran (PEM) yakıt hücresinde kullanımın geliştirilmesi yönünde ön çalışmalar yapılmıştır. PEM yakıt hücresinde performans ölçümü gerçekleştirilerek entegre bir sistemin kurulabilmesi için gereken sistem koşulları belirlenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda, sodyum borhidrür sentezi için reaksiyon stokiyometrisine göre %30 oranında fazla magnezyum hidrür kullanımı ve speks tipi öğütücüde 500 dakika süresince gerçekleştirilen mekanokimyasal reaksiyon ile en verimli sonuç elde edilmiştir. Etilen diamin ile gerçekleştirilen saflaştırma sonucunda %84 verimle sodyum borhidrür üretilmiştir. Dehidrojenasyon reaksiyonunda kullanılan katalizörle 2171 çevrim gerçekleştirilmiş ve katalizör 212 gün kullanılmıştır.