Search

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2007, Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2007, Bu çalışmada, bakır ve mezo-gözenekli silika malzemeler kullanılarak sıcak gazlardan H2S gidermek amacıyla sorbentler hazırlanmıştır. Sorbentlerin hazırlanmasında CuO aktif faz, mezo-gözenekli MCM-41 ve SBA-15 ise taşıyıcı malzemeler olarak kullanılmıştır. Çalışmada, CuO/MCM-41, CuO/SBA-15 ve CuO-SiO2 olmak üzere başlıca üç tip sorbent malzemesi hazırlanmıştır. CuO/MCM-41, ve CuO/SBA-15 tipi sorbentler, yaş emdirme (wet impregnation), CuO-SiO2 tipi sorbentler ise ilk defa bu çalışmada kullanılan yeni bir yöntem kullanılarak hazırlanmıştır. Bu yeni yöntemde nano-CuO tanecikleri tek adımlı bir sentez sürecinde silika yapıyla sokulmuştur. Sorbent numuneleri, kükürt tutma–yenilenme sürecinden önce ve sonra X-ışınları kırınımı, azot adsorpsiyonu, yaş yöntemler, TGA, H2-kimyasal adsorpsiyonu ve TEM gibi yöntemler kullanılarak karakterize edilmişlerdir. Hazırlanan sorbentlerin sıcak gazlardan H2S giderme özellikleri, laboratuar ölçeğindeki sabit yatak tipi bir reaktör kullanılarak incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, CuO-SiO2 tipi sorbentlerin kapasite kullanım oranlarının diğerlerinden daha yüksek olduğunu ortaya koymuştur. Buna karşın, kapasite değişimi açısından ise yaş emdirme yöntemiyle hazırlanan sorbentler biraz daha üstündür. Kükürt tutma-yenilenme sürecinin, hazırlanan tüm sorbentlerin yapısında değişimlere neden olmaktadır. Sonuç olarak, mezo-gözenekli malzemelerin sıcak gazlardan kükürt giderme sorbentlerinde taşıyıcı olarak kullanılabileceği görülmüştür. Çalışmalar sırasında, sentez aşamasında mezo-gözenekli SBA -15’in yapısına CuO sokarak sorbent numuneleri hazırlamak esasına dayanan yeni bir yöntem daha denenmiş ancak istenen oranda CuO yüklenememiştir. Bu nedenle bu yöntemle sorbent hazırlama çalışmalarına son verilmiştir. Ancak, bu yöntemin, katalizörlerde olduğu gibi, çok daha düşük miktarlarda Cu yüklemenin yeterli olduğu uygulamalar için kullanılmasının mümkün olabileceği düşünülmektedir., In this study, sorbents were prepared by using copper and mesoporous silica materials for the H2S removal from hot gases. CuO was used as the active component and mesoporous MCM-41 and SBA-15 were used as the carrier materials. Three types of sorbent were synthesized in the study. They were classified as CuO/MCM-41, CuO/SBA-15 and CuO-SiO2 type sorbents. CuO/MCM-41 and CuO/SBA-15 type sorbents were prepared by wet impregnation method. On the other hand, CuO-SiO2 type sorbents were prepared by a new method which was developed in this study. In this method, nano sized CuO particles were doped into the silica material structure through a single step synthesizing process The fresh and sulfided sorbent samples were characterized by using X-ray diffraction (XRD), nitrogen adsorption, chemical analysis, thermal gravimetric analysis (TGA), H2-chemisorption and transmission electro microscopic (TEM) imaging methods. The H2S removal characteristics of the sorbent samples from hot gases were investigated by using a laboratory scale fixed bed reactor. Experimental results indicated that CuO-SiO2 type sorbents have higher capacity usage ratios than the others. On the other hand, the breakthrough point sulfur capacities of sorbents prepared by wet impregnation, appeared to be relatively less prone to the sulfidation-regeneration cycles. Sulfidation-regeneration processes caused changes in the structure of the sorbents. It could be claimed, that mesoporous materials are convenient to be used as carrier materials for hot gas desulfurization sorbents. In the study, a second new method, based on modifying the synthesis process of SBA-15, was developed and tested to synthesize sorbent by introducing CuO in to the structure of SBA-15. The method did not allow to introduce CuO enough to prepare a material that can be used for the removal of H2S from gases and thus was discarded. The test results, however indicated that, the method can be used to prepare materials with low CuO percentage, such as catalysts., Doktora, PhD

Bu çalısmada, bakır ve mezo-gözenekli silika malzemeler kullanılarak sıcak gazlardanH2S gidermek amacıyla sorbentler hazırlanmıstır. Sorbentlerin hazırlanmasında CuOaktif faz, mezo-gözenekli MCM-41 ve SBA-15 ise tasıyıcı malzemeler olarakkullanılmıstır. Çalısmada, CuO/MCM-41, CuO/SBA-15 ve CuO-SiO2 olmak üzerebaslıca üç tip sorbent malzemesi hazırlanmıstır. CuO/MCM-41, ve CuO/SBA-15 tipisorbentler, yas emdirme (wet impregnation), CuO-SiO2 tipi sorbentler ise ilk defa buçalısmada kullanılan yeni bir yöntem kullanılarak hazırlanmıstır. Bu yeni yöntemdenano-CuO tanecikleri tek adımlı bir sentez sürecinde silika yapıyla sokulmustur.Sorbent numuneleri, kükürt tutma?yenilenme sürecinden önce ve sonra X-ısınlarıkırınımı, azot adsorpsiyonu, yas yöntemler, TGA, H2-kimyasal adsorpsiyonu ve TEMgibi yöntemler kullanılarak karakterize edilmislerdir. Hazırlanan sorbentlerin sıcakgazlardan H2S giderme özellikleri, laboratuar ölçeğindeki sabit yatak tipi bir reaktörkullanılarak incelenmistir.Deneysel sonuçlar, CuO-SiO2 tipi sorbentlerin kapasite kullanım oranlarınındiğerlerinden daha yüksek olduğunu ortaya koymustur. Buna karsın, kapasite değisimiaçısından ise yas emdirme yöntemiyle hazırlanan sorbentler biraz daha üstündür.Kükürt tutma-yenilenme sürecinin, hazırlanan tüm sorbentlerin yapısında değisimlereneden olmaktadır. Sonuç olarak, mezo-gözenekli malzemelerin sıcak gazlardan kükürtgiderme sorbentlerinde tasıyıcı olarak kullanılabileceği görülmüstür. Çalısmalarsırasında, sentez asamasında mezo-gözenekli SBA -15'in yapısına CuO sokarak sorbentnumuneleri hazırlamak esasına dayanan yeni bir yöntem daha denenmis ancak istenenoranda CuO yüklenememistir. Bu nedenle bu yöntemle sorbent hazırlama çalısmalarınason verilmistir. Ancak, bu yöntemin, katalizörlerde olduğu gibi, çok daha düsükmiktarlarda Cu yüklemenin yeterli olduğu uygulamalar için kullanılmasının mümkünolabileceği düsünülmektedir.Anahtar Kelimeler: Kükürt giderme, Mezo-gözenek, Sorbent, Sıcak gazlar In this study, sorbents were prepared by using copper and mesoporous silica materialsfor the H2S removal from hot gases. CuO was used as the active component andmesoporous MCM-41 and SBA-15 were used as the carrier materials. Three types ofsorbent were synthesized in the study. They were classified as CuO/MCM-41,CuO/SBA-15 and CuO-SiO2 type sorbents. CuO/MCM-41 and CuO/SBA-15 typesorbents were prepared by wet impregnation method. On the other hand, CuO-SiO2type sorbents were prepared by a new method which was developed in this study. In thismethod, nano sized CuO particles were doped into the silica material structure througha single step synthesizing process The fresh and sulfided sorbent samples werecharacterized by using X-ray diffraction (XRD), nitrogen adsorption, chemical analysis,thermal gravimetric analysis (TGA), H2-chemisorption and transmission electromicroscopic (TEM) imaging methods. The H2S removal characteristics of the sorbentsamples from hot gases were investigated by using a laboratory scale fixed bed reactor.Experimental results indicated that CuO-SiO2 type sorbents have higher capacity usageratios than the others. On the other hand, the breakthrough point sulfur capacities ofsorbents prepared by wet impregnation, appeared to be relatively less prone to thesulfidation-regeneration cycles. Sulfidation-regeneration processes caused changes in thestructure of the sorbents. It could be claimed, that mesoporous materials are convenientto be used as carrier materials for hot gas desulfurization sorbents. In the study, asecond new method, based on modifying the synthesis process of SBA-15, was developedand tested to synthesize sorbent by introducing CuO in to the structure of SBA-15. Themethod did not allow to introduce CuO enough to prepare a material that can be usedfor the removal of H2S from gases and thus was discarded. The test results, howeverindicated that, the method can be used to prepare materials with low CuO percentage,such as catalysts.Keywords: Desulfurization, Mesoporous, Sorbents, Hot gases 142