Akademik Veri Yönetim Sistemi
AKATA KURÇ B. (Yürütücü), İPEK TORUN B., KAZANÇ ÖZERİNÇ F.
TÜBİTAK Projesi, 2023 - 2025
Proje Özeti:
(a) Mevcut literatür uçucu kül bazlı düşük silikalı zeolitlerin eldesine ve uygulama alanlarının esas olarak iyon değişimi ve fiziksel adsorpsiyona odaklandığını göstermektedir. Buna karşın, uçucu külden elde edilecek yüksek silikalı zeolit katalizörlerinin organik şablonsuz sentezine yönelik araştırma eksikliği bulunmaktadır. Geçiş metali yüklü yüksek silikalı SSZ-13 (CHA) ve USY (FAU) zeolitleri birçok çalışmada mükemmel katalitik performanslar vaat etmişlerdir. Ancak, belirtilen zeolit yapılarının sentezinde silika ve alümina kaynağı olarak pahalı kimyasalların kullanılması ve toksik organik şablon moleküllerin kullanımı gibi dezavantajların varlığı, bu zeolitlerin sentezine yönelik araştırmaların yönünü ülkemizde de yüksek miktarda atık olarak ortaya çıkan silika ve alümina açısından zengin alternatif hammaddelere kaydırmıştır. Önerilen projede, dealuminasyon yönteminin uygulanması sonucunda uçucu küllerden ilk defa organik şablonsuz yüksek silikalı Fe-CHA ve Fe-FAU zeolit sentezleri gerçekleştirilecek ve bu zeolitler metan-metanol dönüşümü reaksiyonlarında katalitik performans testlerine tabi tutulacaktır. Bu yöntem sayesinde, kül yapısında mevcut olan tüm ana bileşenlerin geri kazanımına ek olarak ticari değeri yüksek bir kimyasal olan metanol eldesi için düşük maliyetli katalizör üretimi sağlanan, çevre dostu bir yaklaşım sunulmaktadır. Böylece, Türk linyiti kaynaklı uçucu küllerden elde edilen, uygun oranlarda mezogözenek ve demir içeren, safsızlıkların da gözetildiği optimize bir ürünün katalitik performansı konusunda kapsamlı bir çalışma yapılmış olacaktır.
(b) Önerilen projede, kül kaynağı olarak F sınıfı (Seyitömer veya Tunçbilek) ve C sınıfı (Yatağan ve Soma) termik santral külleri kullanılacaktır. Yüksek silikalı (Si/Al >5) Fe-FAU ve Fe-CHA yapıların eldesi için 2 yol izlenecektir. (1) Tüm sentez bileşenleri kül ile birlikte tek kap füzyona tabi tutulacak ve sonrasında hidrotermal sentez yoluyla düşük silikalı (1.5-3 arası) K-CHA ve Na-FAU elde edilecektir. Dealüminasyon işlemleri (kızgın buharlama) sentez sonrasında gerçekleştirilecektir. (2) Uçucu küller, farklı asit sistemlerinin uygulanmasıyla, asit liçine tabi tutulacaklardır. Bu yöntemde, farklı asit sistemleri kullanılarak hem demirin geri kazanımı (FeCl3, FeSO4) hem de dealüminasyon aşaması bir arada gerçekleştirilecektir. Bu elde edilen kül ürünleri sonraki aşamalarda aynı hidrotermal sentez yöntemine tabi tutulacaktır. Bu aşamada uygun bulunan örneklere kızgın buharlama ile dealuminasyon işlemi uygulanacaktır. Bu aşama sonunda gözenek boyutu uygun olan, kafes yapısını koruyan ve Si/Al oranı 5-10 aralığında olan örneklerden iyon değişimiyle Fe-CHA ve Fe-FAU eldesi, ticari demir tuzu çözeltisiyle veya asit liçi sonucu geri kazanılan (FeCl3 veya FeSO4) çözelti kullanılarak gerçekleştirilmiş olacaktır. Bu ürünler XRD, XRF, UV-VIS ve BET gibi yöntemlerle detaylı olarak incelenecek ve farklı yöntemlerle elde edilmiş bu zeolitlerin içeriğinin, metan-metanol dönüşümündeki katalitik performansı değerlendirilecektir.
(c) Teklif edilen proje, ODTÜ Mikro ve Nanoteknoloji Anabilimdalı öğretim üyesi Prof. Dr. Burcu Akata Kurç yürütücülüğünde, ODTÜ bünyesinde yer alan disiplinler arası bir kadro tarafından gerçekleştirilecektir. Bu proje, üç farklı alandan oluşan temel çalışma konuları içermektedir. Bunların birincisi uçucu küllerle ilgili olup, bu bölüm ODTÜ Makine mühendisliğinden Doç. Dr. Feyza Kazanç yönetiminde yürütülecektir. İkinci kısım zeolit sentez ve karakterizasyonu ile ilgili tüm çalışmaları kapsamaktadır. Bu kapsamda ODTÜ Merkez Laboratuvarı'ndan alınacak hizmetlere ek olarak Prof. Akata Kurç’un zeolit sentez laboratuvarı tüm ekipmanı ile değerlendirilecektir. Son kısım katalitik test reaksiyonlarını içermekte olup, bu bölüm ODTÜ Kimya Mühendisliğinden Doç. Dr. Bahar İpek Torun yönetiminde yürütülecektir. Bu çalışma kapsamında da üretilmekte olan zeolitler, geliştirilecek olan test sisteminde katalitik testlere tabi tutulacak ve Dr. İpek’in çalışmaları kapsamında başarı ile sonuç vermiş diğer katalitik ürünlerle karşılaştırmalı performans testleri yapılacaktır.
(d) Önerilen projede, ülkemizin 11. Kalkınma planına paralel olarak kimya, madencilik ve enerji sektörüne yönelik, tamamen yerli hammaddelerin kullanımı vasıtasıyla ekonomik, sürdürülebilir, çevre dostu ve milli bir çözüm sunulmaktadır. Bu bağlamda, ortaya konulan yöntemsel yaklaşım, uçucu küllerin münferit bileşenlerinin geri dönüşümüyle "Yeşil Mühendislik" yaklaşımına sahiptir. Ayrıca, kül atık yönetimi ve zeolit katalizörlerin üretimi ve metandan metanol eldesine yönelik ürün ve teknoloji ithalatına duyulan gereksinimin azaltması hedeflenmektedir.