HYDROGEN ADSORPTION ON Co2+-, Ni2+- EXCHANGED ZEOLITES ZSM-5 AND US-Y
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: NURKAN SAROHAN
Danışman: Bahar İpek Torun
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Sera gazlarındaki artış, yenilenebilir enerji kaynakları ve enerji taşıyıcı arayışlarını motive etmektedir. Hidrojen, yüksek gravimetrik enerji yoğunluğu (140 kJ/kg) nedeniyle enerji taşıyıcısı olarak kullanılan ilgi çekici bir seçenektir. Hidrojen enerjisi, yakıt hücreli elektrikli araçlarda (FCEV'ler) yıllar içinde artan bir oranda kullanılmasına rağmen, hidrojenin depolanma problemi en büyük dezavantajı olmaktadır. Zeolitler, karbon bazlı malzemeler ve metal organik kafes yapıları, fiziksel adsorpsiyon yoluyla hidrojeni depolayan gözenekli malzemelerdir. Bu tezde, hidrojen adsorpsiyon testleri için Ni2+ veya Co2+-değişimli mikro ve mezogözenekli zeolitler olan ZSM-5 ve US-Y hazırlanmıştır. 298 K ve 10 bar'a kadar yapılan deneylere göre, Ni2+-,Co2+- zeolitler ağırlıkça %0.14–0.05 aralığında depolama kapasitesi göstermektedir. H2 adsorpsiyon değerlerinin deneysel olarak hesaplanan başlangıç izosterik ısısı, Ni2+-zeolitler için -23 ile -40 kJ/mol ve Co2+-zeolitler için -15 ile -19 kJ/mol arasındadır. Ni2+-, Co2+-zeolitler, optimum adsorpsiyon ısısı değerleri nedeniyle 298 K'de ve 50 bar'a kadar yapılan deneylerde tersinir depolama göstermişlerdir. 298 K ve 50 bar'a kadar olan deneylerde elde edilen sonuçlar arasında, en yüksek hacimsel depolama kapasitesine Meso-Na+,Ni2+-ZSM-5 örneği (20 g H2/L) ulaşılmıştır ve bahsedilen örnek 298 K'de H2 depolama çalışmaları için potansiyel olarak görülmektedir. Öte yandan, Sips modeli aracılığıyla 77 K'de hesaplanan US-Y örneklerinin maksimum depolama kapasiteleri (2.3 wt.%) onların yüksek gözenek hacmi ve yüzey alanı özelliklerinden dolayı yüksek basınç veya düşük sıcaklık adsorpsiyon çalışmaları için uygun bir adsorban olabileceğini göstermektedir. Örnekler içindeki Co2+ ve Ni2+ katyonlarının yerleşim yeri bilgisi ve çerçeve yapısı ile olan koordinasyonları dağınık yansıma ultraviyole ve görünür ışık (UV-Vis) absorpsiyon spektroskopi ve senkrotron toz XRD analizi ile belirlenmiştir. Sonuçlara göre, Co2+'ın MFI çerçeve yapısındaki β ve γ-yerlerini tercih ettiği gözlemlenmiştir. Senkrotron tozu XRD analizine göre, en yüksek katyon oranı US-Y'nin Site III yakınında (süper kafeste) tespit edilmiştir ve bu yerleşim yeri hidrojen tarafından ulaşılabilirdir. Ni2+-,Co2+-ZSM-5 için teorik adsorpsiyon ısıları (-Eads) periyodik ve küme yoğunluğu fonksiyonel teorisi (DFT) ile hesaplanmıştır. Co2+-ZSM-5 üzerinde β-alanı ve γ-alanı ve ayrıca Ni2+-ZSM-5 üzerinde ek bir α-alanı gözlemlenmiştir. Genel olarak, deneylerden ve yoğunluk fonksiyonel teorisinden (DFT) hesaplanan adsorpsiyon ısısı değerlerinin aynı aralıkta olduğu bulunmuştur.