Nikel-Kobalt İçerikli Silika Mikro Kürelerin Metanın Kuru Reformlanma Reaksiyonundaki Aktivitelerinin Belirlenmesi

Abstract

Bu çalışmada, metanın kuru reformlanma reaksiyonu ile sentez gazı üretimi için aktif, seçici, sürdürülebilir, reaksiyon sonucunda kok oluşumuna duyarlı katalizörlerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda bimetalik Ni-Co yüklü silika mikro küreler sol-jel mikroenkapsülasyon ve sol-jel mikroenkapsülasyon-emdirme sentez yöntemleriyle hazırlanmışlardır. Proje öncesinde yapılmış olan çalışmalarımızın ışığında farklı Ni yüklü mono metalik silika mikro küre katalizörlerin aktivite ve kararlılık sonuçlarına bakılarak toplamda % 5 Ni-M (M:Co) olacak şekilde belirlenen katalizörler eşit Ni- M, düşük Ni- yüksek M ve yüksek Ni- düşük M olacak şekilde (1Ni-1M, 1Ni- 2M, 2Ni-1M ve 4Ni-1M) sentezlenmişlerdir. Hazırlanan katalizörlerin fiziksel ve yapısal özelliklerinin belirlenebilmesi amacıyla katalizörler ile ICP-OES, N2 adsorpsiyondesorpsiyon, XRD ve SEM analizleri gerçekleştirilmiştir. Metanın kuru reformlanma reaksiyonu için, çalışılacak uygun reaksiyon sıcaklığı 750°C ve besleme oranı CH4/CO2/N2: 1/1/1 belirlenerek deneyler yapılmıştır. Toplamda kütlece % 5 metal içeren bimetalik mikro küre katalizörler varlığında gerçekleştirilen katalitik aktivite deneylerinde en yüksek (% 87- metan) aktiviteyi ve 0,84 H2/CO oranını sol-jel mikroenkapsülasyon- emdirme yöntemiyle sentezlenen 4Ni-1Co yüklü bimetalik silika mikro küre katalizörü göstermiştir. Ni-Co yüklü bimetalik silika mikro kürelerin aktivite testlerinden bu reaksiyon için aktif oldukları ve stabilitelerini 3 saat boyunca korudukları tespit edilmiştir. Katalizörlerin reaksiyon sonrası yapısal ve fiziksel değişimlerinin belirlenebilmesi amacıyla SEM, XRD, TGA ve Raman spektroskopisi analizleri gerçekleştirilmiştir. Ni-Co yüklü mikro kürelerin yapılarında kok oluşumunun belirlenen analiz yöntemleriyle tespit edilememiş olması proje kapsamında elde edilen en önemli sonuçtur. Katalizörler 3 saatin dışında aynı deneysel koşullarda 12 saat süresince uzun ömürlülük aktivite testlerine tabi tutulmuşlardır. Sonuçlar katalizörler için kok oluşumunun olmadığını ve aktivite kaybının ihmal edilebilir (%5) göstermiştir.The present study included synthesis of catalysts with high activity in the production of synthesis gas. It was also aimed to provide high coke resistance during dry reforming of methane reaction. Bimetallic Ni-Co catalysts synthesized in this context was obtained by consecutive sol-gel microencapsulation and sol-gel immobilization techniques. Results obtained before the project revealed the highest catalytic activity of monometallic Ni microspheres with 5% Ni loading. Hence bimetallic catalysts with a total 5% metal loading were synthesized in the form of equal Ni-M, low Ni-high M, and high Ni-low M in which M represented the second (Co) metal. The loading amounts were adjusted as 1Ni-1M, 1Ni-2M, 2Ni-1M ve 4Ni-1M, respectively. The physical and structural properties of the catalysts were determined via ICP-OES, N2 adsorptiondesorption, XRD and SEM analyses. Dry reforming of methane reaction was conducted at 750°C and with a feed ratio of CH4/CO2/N2: 1/1/1. Catalysts with a total metal content of 5% were used in experiments. Results revealed the highest methane conversion (87%) and H2/CO ratio (0.84) in the presence of a 4Ni-1M catalyst. These catalysts were shown to be active and coke resistant for dry reforming of methane reaction. The activity of the catalysts could be preserved for 3h and SEM, XRD, TGA and Raman spectroscopy analyses revealed the absence of coke which was the highlight of the project. Long-term stability tests were also performed for 12 h, in the presence of a 4Ni-1M catalyst. Catalysts revealed no coke formation and results indicated an activity loss of 5% which were also the highlights of the project