Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: Hiba Mustafa Yousef MOSA
Danışman: Meltem Doğan
Özet:
Yürütülen çalışmada, izobütanın oksidatif dehidrojenasyonunda (ODH) kullanılmak üzere yüksek aktivite ve yüksek seçicilik yanında hidrotermal kararlılığa sahip krom temelli katalizörlerin hazırlanması amaçlanmıştır. Katalizör hazırlama çalışmalarında MCM-41 desteğin hidrotermal kararlılığını artırmak üzere titanyum ile modifikasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Hidrotermal testler, yapıya kütlece %2,5 oranında eklenen titanyumun güçlü Ti-O-Si ve Ti-OH bağları oluşturarak MCM-41 yapısının hidrotermal kararlılığını artırdığını göstermiştir. Ti-MCM-41 destekli katalizörler, yapılarında kütlece %3, %6 ve %10 krom içerek şekilde hidrotermal sentez ve emdirme yöntemleriyle hazırlanmıştır. Reaksiyon için uygun i-C4H10/CO2 molar oranını belirlemek amacıyla yürütülen çalışmalarda en iyi besleme oranı 1/5 olarak tespit edilmiştir. Hazırlanan Cr temelli katalizörler içinde en yüksek izobütan dönüşümü (%92) ve izobüten seçicilik değeri (%98) yapısında kütlece %10 krom bulunan hidrotermal sentez yöntemiyle hazırlanan katalizörde tespit edilmiştir. Titanyum ile yapılan modifikasyon işleminin katalizörün katalitik aktivitesine etkisini belirlemek amacıyla yapısında titanyum bulunmayan katalizör (10Cr/MCM-41) ile de katalitik testler yürütülmüştür. Yapıya eklenen titanyum ile artan hidrotermal kararlılık yanında artan hidrofiliklik özelliğinin yüksek dönüşüm ve seçicilik sağladığı gösterilmiştir. Farklı reaktör sıcaklıklarında (500℃ ve 600℃) yürütülen katalitik test çalışmaları, düşük sıcaklıkta endotermik ters su gazı reaksiyonun gerçekleşmediğini ve bunun sonucu olarak da düşük izobütan dönüşümü ve izobüten seçicilik değerlerinin gözlendiğini göstermiştir. Düşük temas süresine karşılık gelen yüksek kütlesel akış hızı (WHSV) değerinde çalışıldığında reaktantların katalizör yüzeyine adsorplanmasının güçleşmesine bağlı olarak daha düşük izobüten seçicilik değerleri gözlenmiştir. Düşük temas sürelerinde reaksiyonun başlangıcında ters su gazı reaksiyonunun gerçekleşmediği, ortamda fazla bulunan CO2’in yüzey asitliğini artırarak reaksiyon aktivitesini olumsuz etkilediği de gösterilmiştir. 10Cr/Ti-MCM-41 katalizörü üzerinde izobütan ODH reaksiyonu için üst kuralı yöntemiyle hız ifadesi geliştirilmiştir. Deneysel olarak belirlenen reaksiyon mertebesi izobütana göre 0,82 ve CO2’e göre 0,03 olarak bulunmuştur. Reaksiyon aktivasyon enerjisi 27,9 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Reaktör modelleme çalışmalarında deneysel ve model sonuçları arasındaki farklılık, reaktörde gerçekleşen yan reaksiyonlar ile açıklanmıştır. Mars–van Krevelen mekanizmasına göre geliştirilen reaksiyon modelinin deneysel çalışma sonuçları ile uyumlu görülmüştür. Reaktör sisteminde ısı ve kütle transfer sınırlamalarının olmadığı gösterilmiştir.
Anahtar Kelimeler : MCM-41, titanyum, Cr-temelli katalizörler, oksidatif dehidrojenasyon, isobutane