thesis.page.titleprefix PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF PALLADIUM NANOPARTICLES LOADED POLYANILINE WITH MAGNETIC PROPERTY AS A CATALYST FOR HYDROGEN GENERATION
Date
2022-01-24
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Catalysis is a crucial area today because of its importance, as 90% of chemical
processes contain catalysis in at least one step in their interactions, as it addresses
many environmental issues as well as issues related to sustainability. Metal
nanoparticles have attracted the attention of many researchers because of their
effectiveness as a catalyst because they represent a new type of catalyst through the
properties it possesses. The metal nanoparticles are supported by materials such as
silica and alumina to gain more good properties. Support materials such as polymeric
materials have recently emerged as essential support materials in the catalyst field for
their stability and ease of production. The search for clean and sustainable energy
sources is still underway. Hydrogen is emerging as a source of clean energy and a
possible alternative to fossil fuels soon, and many substances containing hydrogen
have appeared in various proportions such as water, biomass, hydrocarbons, and
chemical hydrides. Among these substances, ammonia borane is considered one of the
most important of these substances that contain a high percentage of hydrogen (19.6
wt%) with high stability and low toxicity.
In this thesis, palladium nanoparticles loaded polyaniline composite material (MNP PANI-PdNPs) with a magnetic property was prepared. For this initially, magnetic
nanoparticles added PANI was prepared with oxidative polymerization. After that
palladium nanoparticles were loaded to the composite material by using a wet
impregnation method followed with sodium borohydride reduction. The catalytic
activity of the resulting particles was tested in the dehydrogenation of Ammonia
borane under ambient temperature. Also, components and resulting material were
characterized by using SEM, TEM, EDX, FTIR, and ICP-OES. After optimization
studies, the highest TOF value was calculated as 220 min-1
for the 20 mg 1.2 % Pd
(w/w) loaded catalyst. Because of the magnetic property of the catalyst, it is quickly
separated from the reaction mixture using an external magnet without the need to use
other methods such as filtration or centrifugation. The catalyst was reused for five
consecutive reactions, the results showing that 95% of the initial activity was retained
with a full hydrogen release at the end of the fifth catalyst operation.
Description
HİDROJEN ÜRETİMİ İÇİN KATALİZÖR OLARAK PALADYUM
NANOPARÇACIK YÜKLENMİŞ MANYETİK ÖZELLİĞE SAHİP
POLİANİLİN HAZIRLANMASI VE KARAKTERİZASYONU
ÖZ: Kataliz günümüzde çok önemli bir yere sahiptir. Birçok çevre ve sürdürülebilirlikle ilgili konularda katalizör kullanımının gerekli olması sebebi ile katalizörün önemi ortaya çıkmaktadır. Metal nanoparçacıklar, sahip oldukları katalitik özellikler nedeni ile birçok araştırmacının dikkatini çekmiştir. Metal nanoparçacıkların katalizör olarak etkinliklerinin arırılması için silika ve alumina gibi destek malzemeleri üzerine yerleştirilmektedir. Bunların yanında polimer tabanlı malzemeler kararlılıkları ve üzretimlerindeki kolaylık sebebi ile son zamanlarda destek malzemesi olarak kullanılmaya başlanmıştır. Temiz ve sürdürülebilir enerji kaynakları arayışı halen devam etmektedir. Hidrojen temiz bir enerji kaynağı olarak bilinmektedir ve yakın gelecekte fosil yakıtlara olası bir alternatif olabileceği düşünülmektedir. Bu nedenle su, biyokütle, hidrokarbonlar ve kimyasal hidritler gibi hidrojen içeren birçok maddeden hidrojen eldesi ilgi odağı olmaktadır. Bu maddeler arasında, amonyak boran, yüksek stabilite ve düşük toksisite yanında yüksek oranda hidrojen (ağırlıkça% 19.6) içermesi sebebi ile de öne çıkmaktadır. Bu tezde, manyetik özelliğe sahip polianilin üzerine eklenmiş paladyum nanoparçacıkları içeren kompozit malzeme hazırlanmıştır. Bunun için öncelikle manyetik nanoparçacık içeren PANI oksidative polimerleşme yöntemi ile hazırlanmıştır. Daha sonra paladyum nanoparçacıkları sıvı içerisinde karıştırılarak yüzeye tutturulmuş ve sodium borhidrür ile indirgeme işlemi yapılarak nanoparçacık haline getirilmiştir. Hazırlanan parçacıkların katalitik aktiviteleri oda sıcaklığında amonyak borandan hidrojen eldesinde denenmiştir. Ayrıca hazırlanan malzeme ve içeriğinde bulnan diğer bileşeklerin karakterizasyonları SEM, TEM, EDX, FTIR ve ICP-OES kullanılarak yapılmıştır. Uygun koşullar belirlendikten sonra 20 mg, % 1.2 Pd nanoparçacık eklenmiş katalizörün kullanımı ile TOF değeri 220 dk-1 olarak hesaplanmıştır. Sahip olduğu manyetik özellik sayesinde katalizör reaksiyon ortamından filtreleme veya santrifüj gibi yöntemlere gereksinim duymadan harici bir mıknatıs yardımı ile kolayca ayrılmıştır. Daha sonra tekrar kullanılabilirlik çalışmasında 5 defa kullanılmış ve 5 kullanım sonunda başlangıç aktivitesinin % 95 ini koruduğu gözlemlenmiştir.
ÖZ: Kataliz günümüzde çok önemli bir yere sahiptir. Birçok çevre ve sürdürülebilirlikle ilgili konularda katalizör kullanımının gerekli olması sebebi ile katalizörün önemi ortaya çıkmaktadır. Metal nanoparçacıklar, sahip oldukları katalitik özellikler nedeni ile birçok araştırmacının dikkatini çekmiştir. Metal nanoparçacıkların katalizör olarak etkinliklerinin arırılması için silika ve alumina gibi destek malzemeleri üzerine yerleştirilmektedir. Bunların yanında polimer tabanlı malzemeler kararlılıkları ve üzretimlerindeki kolaylık sebebi ile son zamanlarda destek malzemesi olarak kullanılmaya başlanmıştır. Temiz ve sürdürülebilir enerji kaynakları arayışı halen devam etmektedir. Hidrojen temiz bir enerji kaynağı olarak bilinmektedir ve yakın gelecekte fosil yakıtlara olası bir alternatif olabileceği düşünülmektedir. Bu nedenle su, biyokütle, hidrokarbonlar ve kimyasal hidritler gibi hidrojen içeren birçok maddeden hidrojen eldesi ilgi odağı olmaktadır. Bu maddeler arasında, amonyak boran, yüksek stabilite ve düşük toksisite yanında yüksek oranda hidrojen (ağırlıkça% 19.6) içermesi sebebi ile de öne çıkmaktadır. Bu tezde, manyetik özelliğe sahip polianilin üzerine eklenmiş paladyum nanoparçacıkları içeren kompozit malzeme hazırlanmıştır. Bunun için öncelikle manyetik nanoparçacık içeren PANI oksidative polimerleşme yöntemi ile hazırlanmıştır. Daha sonra paladyum nanoparçacıkları sıvı içerisinde karıştırılarak yüzeye tutturulmuş ve sodium borhidrür ile indirgeme işlemi yapılarak nanoparçacık haline getirilmiştir. Hazırlanan parçacıkların katalitik aktiviteleri oda sıcaklığında amonyak borandan hidrojen eldesinde denenmiştir. Ayrıca hazırlanan malzeme ve içeriğinde bulnan diğer bileşeklerin karakterizasyonları SEM, TEM, EDX, FTIR ve ICP-OES kullanılarak yapılmıştır. Uygun koşullar belirlendikten sonra 20 mg, % 1.2 Pd nanoparçacık eklenmiş katalizörün kullanımı ile TOF değeri 220 dk-1 olarak hesaplanmıştır. Sahip olduğu manyetik özellik sayesinde katalizör reaksiyon ortamından filtreleme veya santrifüj gibi yöntemlere gereksinim duymadan harici bir mıknatıs yardımı ile kolayca ayrılmıştır. Daha sonra tekrar kullanılabilirlik çalışmasında 5 defa kullanılmış ve 5 kullanım sonunda başlangıç aktivitesinin % 95 ini koruduğu gözlemlenmiştir.
Keywords
chemical engineering