Investigation of the Catalytic Effect of Cobalt Based Metallic Nano Catalyst on the Potassium Boron Hydride Hydrolysis Reaction

Abstract

Metal hydrides are the leading boron based compounds used in hydrogen storage. Potassium boron is hydride; low cost, non-toxic, stable at high temperatures of these compounds, etc. as it is an important source of hydrogen storage due to its properties. Potassium boron hydride, which provides hydrogen as much as the hydrogen supplied from water as a result of hydrolysis, provides many advantages if it is used as a hydrogen source. In this study, the catalytic parameters of bimetallic nanocatalyst synthesized from cobalt (Co) and chromium (Cr) were investigated so as to use in potassium boron hydride hydrolysis. For the catalyst synthesis and effect, the optimum data for the hydrolysis reaction were obtained in the light of metal incorporation ratio, solvent medium, catalyst amount, potassium borohydride concentration and temperature parameters, respectively. Under the best conditions, the hydrogen production rate was determined as 2448.24 mL/g.min. As a result of repeated use to determine the catalyst performance, it was determined that 100% product yield was achieved until the 8th use. When the reaction kinetics were examined, it was determined that the reaction was of the 0 th order and the activation energy of the reaction was 41.3 kJ/mol. As a result of the study, it is considered that the use of Co-Cr catalyst for hydrogen production will be appropriate if potassium boron hydride is used as a hydrogen source in fuel cells. Since potassium borohydride stores less hydrogen than other hydrogen-storing compounds, it has not been studied much until now. However, as shown in this study, it enables pretty high hydrogen production. Therefore, it is expected to encounter many similar studies in the future.

Hidrojen depolamada kullanılan bor kaynaklı bileşiklerin başında metal hidrürler gelmektedir. Bu bileşiklerden potasyum borhidrür; düşük maliyetli olması, zehirli olmaması, yüksek sıcaklıklarda kararlı olması vb. özelliklerinden dolayı önemli bir hidrojen depolama kaynağıdır. Hidroliz sonucunda kendi yapısındaki hidrojen kadar hidrojenin sudan temin edilmesini sağlayan potasyum borhidrür, hidrojen kaynağı olarak kullanılması durumunda birçok avantaj sağlamaktadır. Bu çalışmada, potasyum borhidrür hidrolizinde kullanılmak üzere kobalt (Co) ve kromdan (Cr) sentezlenen bimetalik nanokatalizörün katalitik parametreleri incelenmiştir. Katalizör sentezi ve etkisi için sırasıyla metal birleşme oranı, çözücü ortamı, katalizör miktarı, potasyum borhidrür konsantrasyonu ve sıcaklık parametreleri ışığında hidroliz tepkimesi optimum verileri elde edilmiştir. En iyi şartlarda hidrojen üretim hızı 2448,24 mL/g.min olarak belirlenmiştir. Katalizör performansını belirlemek üzere yapılan tekrarlı kullanımlar sonucunda 8. Kullanıma kadar %100 ürün veriminin sağlandığı belirlenmiştir. Tepkime kinetiği incelendiğinde tepkimenin 0. Dereceden olduğu, tepkime aktivasyon enerjisinin ise 41,3 kJ/mol olduğu belirlenmiştir. Çalışma sonucu olarak yakıt hücrelerinde hidrojen kaynağı olarak potasyum borhidrürün kullanılması durumunda hidrojen üretimi için Co-Cr katalizörünün kullanımının yerinde olacağı değerlendirilmektedir. Potasyum borhidrür, diğer hidrojen depolama özelliğindeki bileşiklere göre daha az oranda hidrojen depoladığından bugüne kadar çok araştırılmamıştır. Fakat bu çalışmada görüldüğü gibi hidrolizi sonucunda yüksek oranda hidrojen üretimi sağlanmıştır. Dolayısıyla, ileriki süreçte benzer çalışmalarla çokça karşılaşılması beklenmektedir.