Download - fatma aras

Transcript
Page 1: fatma aras

BAKIR İÇERİKLİ SBA-15 SENTEZİ ve KARAKTERİZASYON İŞLEMLERİ

Fatma ARAS

KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

GAZİ ÜNİVERSİTESİ,2014

1

Page 2: fatma aras

İçindekiler

Projenin Amacı

SBA-15 Özellikleri

SBA-15 Sentez Mekanizması

Modifikasyon Yöntemleri

Cu/SBA-15 Sentez Bileşenlerinin

Seçimi

Cu/SBA-15 Sentezi

Karakterizasyon Çalışmaları

Cu/SBA-15 Tek Nokta BET Yüzey Alan Analizi

Cu/SBA-15 FTIR Analizi

Kaynakça

2

Page 3: fatma aras

Projenin Amacı

SBA-15 malzemesinin katalitik aktivitesini arttırmak için yapıya sentez aşamasında

(hidrotermal yöntem) sabit (0.05) metal/silisyum oranında bakır metali yüklemesi

yapılmıştır.

Sentez bileşenlerinden yüzey aktif maddeyi ve metal kaynağını standart reçetesinden

farklı olarak alkol ile çözmenin metal yükleme başarısına olan etkisi incelenmiştir.

3

Page 4: fatma aras

4

Neden SBA-15 Sentezledik?

SBA-15 ; 50-100 Å arasında homojen gözenek boyut dağılımına sahip hegzagonal yapılı bir

malzemedir.Yaklaşık %85 gözenek hacmine sahip SBA-15 özellikle 31-64 Å arasında değişen silika

duvar kalınlığı ile oldukça yüksek termal kararlılık göstermektedir. [1]

Yüksek yüzey alanı (600-1000 m2/g) ile fazla miktarda aktif metal yüklemesine izin veren SBA-

15,büyük moleküllü organik malzemelerin kolay taşınımıyla uygun kütle transfer koşulları sağlayan

yüksek gözenek boyutu sayesinde ilgi görmektedir.[1]

Page 5: fatma aras

Neden SBA-15 Sentezledik?

Ancak birçok amaç için kullanılan bu malzemeler, nötr yüzey kombinasyonuna sahip

oldukları için düşük katalitik aktivite gösterirler.Bu durum malzemenin yüzey asitliğinin

arttırılmasıyla giderilebilir.[1]

5

Page 6: fatma aras

SBA-15 Sentez Mekanizması

6

[2]

Page 7: fatma aras

Modifikasyon Yöntemleri

Hidrotermal Sentez Yöntemi

Bu sentez yönteminde aktif bileşen elde

edilecek destek malzemesi (SBA-15) için

gerekli olan sentez çözeltisinin içerisine

direkt olarak eklenir.

7

Emdirme Yöntemi

Bu metotta, destek malzemesinin (SBA-15)

sentezinden sonra aktif bileşen (Cu), çözelti

içerisinden destek üzerine emdirilir ve daha

sonra çözücünün buharlaştırılması sağlanır.

SBA-15 ve diğer silika bazlı mezogözenekli malzemelerin asitliği çeşitli metotlar

kullanılarak geliştirilebilir.

Page 8: fatma aras

Cu/SBA-15 Sentez BileşenlerininSeçimi

Yüzey aktif bileşen : Mezo yapının oluşumunu

başlatan maddedir.

İnoganik bileşen : İnorganik duvarların

oluşumunu sağlar.

Solvent ve Asit kaynağı : Reaksiyonun

başlaması için uygun ortamı sağlar.[2]

8

P123

TEOS

Page 9: fatma aras

Cu/SBA-15 Sentez BileşenlerininSeçimi

Yüzey aktif madde seçiminde; Flodström ve ark. tarafından yapılan çalışmadan

faydalanılmıştır. Polimerlerin EO-blok uzunluğu silikanın mezo yapısının oluşmasını

etkilediği,hekzagonal malzeme (SBA-15) için duvar kalınlığının EO-bloklarının

uzunluğuna bağlı olduğu görülmüştür. Bunun yanında, PO-blok uzunluğunun gözenek

çapı ve duvar kalınlığında artış görülmüştür.[3]

9

Page 10: fatma aras

Cu/SBA-15 Sentez BileşenlerininSeçimi

Silika kaynağı sentezlenen malzemenin duvar kalınlığı,gözenek boyutu ile doğrudan

ilişkilidir.Kullanılan TEOS ile SBA-15 malzemesi yüksek hidrotermal ve mekamik

dayanıma sahip olur.

Ying-Ying Gu ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada; metal yüklemesi bazik

ortamda(etanol ile sağlanmıştır) gerçekleştirilmiştir,çünkü asidik ortamda metal

çökelmektedir.Bu sayede metalin çözeltide kalmayıp malzemeye yerleşmesi

sağlanmıştır.[4]

10

Page 11: fatma aras

Cu/SBA-15 Sentez BileşenlerininSeçimi

Cu-SBA-15 malzemesi için bakır kaynağı olarak CuCl2.2H2O tuzu kullanılmıştır.Bu tuz

çözelti ortamında iyonlaşarak CuO halinde malzemeye yerleşir.Oksitli bileşiği halinde

gözeneklere yerleşen bakır metali reaksiyon uygulamalarında aktif merkez olarak rol

alır.

11

Page 12: fatma aras

Cu/SBA-15 Sentez BileşenlerininSeçimi

İncelenen tüm bu çalışmalar göz önüne alındığında SBA-15 e metal yükleme

başarısının zayıf asidik şartlarda daha yüksek olduğu görülmektedir.Bu sentez şartlarını

sağlamak için yüzey aktif madde alkol ile çözdürülür.Metalin de malzemeye

yüklenmesi ve çözeltide kalmaması için bir miktar alkol ile çözdürülmesi avantaj

sağlayacaktır.

12

Page 13: fatma aras

Cu/SBA-15 Sentezi

Cu-SBA-15 malzemesinin sentezinde; Pluronic123(yüzey aktif madde),TEOS(silika

kaynağı),HCl(asit kaynağı) kullanılmıştır.Bakır kaynağı olarak da CuCl2.2H2O tuzu

kullanılmıştır.Kullanılan malzemelerin mol oranları 1 mol SiO2: 0,017 mol P123; 80.66

mol HCl:40.8 mol C2H6O olarak belirlenmiştir.

13

Page 14: fatma aras

Cu/SBA-15 Sentezi

14

Page 15: fatma aras

Karakterizasyon Çalışmaları

15

Tek Nokta BET Yüzey Alanı Ölçümü

Hidrotermal yöntem ile metal yüklemesi yapılan SBA-15 numunesi için tek nokta BET

yüzey alanı,913,73 m2/g olarak bulunmuştur.

ÖZGE AKTAŞ ın tezinde [5] Bae ve ark.,(2007) na ait çalışma referans alınarak

SBA-15 sentez çalışması yürütülmüştür.AKTAŞ’ın yapmış olduğu çalışmada metal

yüklemesiz SBA-15’ e ait tek nokta BET ölçüm sonucu 914 m2/g olarak bulunmuştur.

Page 16: fatma aras

Karakterizasyon Çalışmaları

Yürütülen bu çalışma ve AKTAŞ’ın çalışması karşılaştırıldığında,yapıya metal

yüklemesinin misel oluşum mekanizmasında değişime yol açtığı ve oluşan

gözeneklerde sınırlamalar ile yüzey alan değerlerinde düşme meydana getirdiği

sonucuna varılmıştır.Yüzey alan değerindeki bu azalma malzemeye ait küçük

gözeneklerin deformasyonu veya olası yıkılmalar ile küçük gözeneklerin kaybolması ve

daha büyük gözeneklerin oluşmasıyla açıklanabilir.Bu durum ise mikro gözenek yüzey

alanı ölçümü yapabilen tek nokta BET sonucuyla desteklenmektedir.

16

Page 17: fatma aras

Karakterizasyon Çalışmaları

FTIR ile Malzemedeki Bağların Tayini

17

(1)SBA-15 malzemesine ait FTIR analizi çıktısı[6]

(2)Cu-SBA-15 malzemesine ait FTIR analizi çıktısı

Page 18: fatma aras

Karakterizasyon Çalışmaları

FTIR ile Malzemedeki Bağların Tayini

18

(1)Cu-SBA-15 malzemesine ait FTIR analizi çıktısı[6]

(2)Cu-SBA-15 malzemesine ait FTIR analizi çıktısı

Page 19: fatma aras

Kaynakça

RUREN XU, Chemistry of Zeolites and Related Porous Materials: Synthesis and Structure, Singapore,2007,468-

475,494-497,500

F.Hoffmann, M.Cornelius, J. Morell, Silica-Based Mesoporous Organic–Inorganic Hybrid Materials,

Weinheim,2006

Flodström, K., Alfredsson, V., “Influence of the block length of triblock copolymers on the formation of mesoporous

silica”, Microporous and Mesoporous Materials, 59: 167-176 (2003)

Ying-Ying Gu,Xin-Hua Zhao,Gui-Rong Zhang,Han-Ming Ding,Yong-Kui Shan,Selective hydroxylation of benzene

using dioxgen activated by vanadium-couuer oxide catalyst supported on SBA-15,Shangahai,2007

Ö.AKTAŞ, Propanın Seçici Oksidasyonu ile Propilene Dönüşümü Reaksiyonu için SBA-15 VE MCF Destekli

Katalizör Geliştirilmesi,Yüksek Lisans Tezi,Ankara,2008

F.AKTI,Bakır ve Kalay içerikli SBA-15 katalizörlerin Sentezi ve Etanolün Seçici Oksidasyonunda Reaksiyon

Testi,Doktora Tezi,Ankara,2014

19

Page 20: fatma aras

20

Dinlediğiniz için teşekkür ederim…