Sodyum bor hidrürden hidrojen üretiminde kullanılmak üzere destekli metalik katalizör hazırlanması

Abstract

Rüzgar, güneş, hidroelektrik enerji vb. yenilenebilir enerji kaynakları arasında hidrojen en önemli enerji kaynağıdır. Fosil yakıtlar, doğalgaz, kimyasal hidrürler gibi farklı kaynaklar kullanılarak hidrojen üretimi yapılabilir. Kimyasal hidrürler içerisinde, yüksek hidrojen kapasitesi, yanmazlığı, patlayıcı olmaması ve kontrollü hidrojen salınımı nedeniyle borhidrürler diğer kimyasal hidrürlere göre daha fazla tercih edilmektedir. Katalizörün yüksek fiyatı ve maliyeti borhidrür bileşiklerinin kullanımını sınırlayıcı parametrelerdir. Literatürde, sodyum borhidrürden hidrojen üretimi için farklı malzemeler kullanılarak katalizör hazırlanmasına yönelik birçok çalışma bulunmaktadır. Bununla birlikte, biyobazlı malzemelerden yeşil sentez yoluyla katalizörlerin hazırlanmasına yönelik sınırlı sayıda çalışma vardır. Bu çalışmada yeşil sentez ile hazırlanan katalizör alkali NaBH4 çözeltisinden hidrojen üretimi ve ayrıca, sulu çözeltiden metilen mavisinin fotokatalitik indirgenmesi için kullanılmıştır. Nikel oksit nanopartikülleri (NiO-NP), Lupinus Albus özütü kullanılarak yeşil sentez ile sentezlenmiştir. Sentezlenen NiO-NP, SEM, EDX, TEM, XRD, XRF, BET, FTIR ve UV analizleri ile karakterize edilmiştir. NiO-NP katalizörünün partikül boyutunun 5-20 nm aralığında değiştiği tespit edilmiştir. Sulu ortamdaki metilen mavisi, NiO-NP katalizörü tarafından 8 dk.'da %97 oranında giderilmiştir. Fotokatalitik reaksiyon kinetiği birinci dereceden model ile incelenmiş ve reaksiyon hızı sabiti 0,66 s-1 olarak hesaplanmıştır. Hidrojen üretim hızı (HGR), 1,5 g NiO-NP katalizörü, %2,5 NaBH4, %6 NaOH ve 30 oC'de 34,6 mL gkat-1 dk-1 olarak hesaplanmıştır. NaBH4 hidroliz reaksiyonunun aktivasyon enerjisi ve reaksiyon hız sabiti sırasıyla 45,88 kJ mol-1 ve 0,38 s-1 olarak bulunmuştur.

Among the wind energy, solar energy, hydroelectric energy etc., renewable energy resource, hydrogen is the most important energy source. Hydrogen production could be done by using different sources as fossil fuels, natural gas, chemical hydrides etc. Inside of chemical hydrides, boron hydrides to other chemical hydrides are preferred because of high hydrogen capacities, non-flammability, non-explosive nature, and controlled hydrogen release. The limiting parameters for the use of borohydride are the high price and the cost of the catalyst. In literature, there are many studies to the preparation of the catalyst using different material to production hydrogen. However, there are a limited number of studies to the preparation of catalysts by the green synthesis from biobased materials. In this study, by using catalyst prepared by green synthesis, the production of hydrogen from NaBH4 alkaline solution and the photocatalytic reduction of methylene blue in an aqueous solution were investigated. Nickel oxide nanoparticles (NiO-NP) were synthesized by green synthesis using Lupinus Albus extract. The synthesized NiO-NP was characterized by SEM, EDX, TEM, XRD, XRF, BET, FTIR and UV analyses. The NiO-NP catalyst particle size was found to be in the range of 5-20 nm. Methylene blue in aqueous media was removed by The NiO-NP catalyst at 97% in 8 min. The photocatalytic reaction kinetics was investigated by a pseudo-first order model and the reaction rate constant were calculated as 0.66 s-1 The hydrogen generation rate (HGR) was calculated as 34,6 mL gcat−1 min−1 in the presence of 1,5 g NiO-NP catalyst, 2,5% NaBH4, 6% NaOH and 30oC. The activation energy and reaction rate constant of the NaBH4 hydrolysis reaction were determinedas 45.88 kJ mol−1 and 0,38 s-1 respectively.