Titreşim karıştırmalı bilyeli değirmende sodyum borhidrür üretiminde borat kaynağı olarak susuz boraks ve sodyum metaboratın karşılaştırılması

Bu çalışmada, özellikli bor bileşikleri içinde önemli potansiyele sahip olan sodyum borhidrürün (SBH), borat kaynağı olarak susuz boraks ve sodyum metaborat kullanılarak üretimi gerçekleştirilmiştir. SBH üretim çalışmaları için Mg temelli bir proses seçilmiştir. Deneysel çalışmada, 45 ml hacimli, paslanmaz çelik titreşim karıştırmalı bilyeli değirmen kullanılmıştır. Deneyler, 412 °C sıcaklıkta, 29 atm başlangıç basıncında, 10 Hz (600 rpm) karıştırma hızında ve 150 dk reaksiyon süresinde kesikli işletim sisteminde gerçekleştirilmiştir. SBH'nin kalitatif analizleri FTIR ile, kantitatif analizleri ise iyodimetri yöntemiyle direkt olarak yapılmıştır. Borat kaynağının SBH üretimine etkisini görmek amacıyla susuz boraks ile aynı koşullarda sodyum metaborat kullanılarak yapılan deneyde, SBH'ye dönüşüm değerlerinin birbirine çok yakın olduğu bulunmuştur. İncelenen deney şartlarında SBH'ye dönüşüm oranı susuz boraksın kullanıldığı durum için %17,1; sodyum metaboratın kullanıldığı durum için % 17,9 olarak elde edilmiştir. Dönüşüm oranlarının düşük değerlerde kalması, iki durumda da kullanılan Mg metalinin ortalama parçacık boyutunun (175 ?m) nispeten büyük olması nedeniyle Mg ile H- (protid) temas yüzey alanının azalmasına yorulmuştur

Comparing of using dehydrated borax and sodium metaborate as borate source for sodium borohydride production in vibrating ball mill

In this study, production of sodium borohydride (SBH) which is one of special boron compounds was investigated by using dehydrated borax and sodium metaborate as a boron source. Stainless steel vibration ball mill reactor that has 45 ml volume was used for SBH production experiments. A process based on Mg element was selected for production of SBH. The experiments have carried out in batch system under the conditions which are at 412 °C temperature, at 29 atm initial reaction pressure, at 10 Hz (600 rpm) vibration rate and at 150 min reaction time. Qualitative analyses were conducted with FTIR and quantitative analyses were conducted with iodimety method that supply direct measurement of amount of produced SBH. Sodium metaborate which was at the same experiment conditions with dehydrated borax was used in an experiment as a borate compound for comparison. It was found that production of SBH was similar for both experiments. The SBH production yield in terms of using dehydrated borax obtained as % 17.1 and in terms of using sodium metaborate obtained as % 17.9. Such low values found both two conditions was attributed to decrease contact surface area between Mg and H- (protide) because of using huge size Mg metal (175 μm) as a reactant. through other studies

PDF

___

1] Erarslan K., Karakoç F., Borlu yakıt sistemleri; hidrojen motorları ve entegre sistemleri, 1. Uluslararası Bor Sempozyumu Kitabı, Kütahya, 149-154, 2002.
[2] Schlesinger H. I., Brown H., Hoestra H., Mayfield D. L., Gilbreath J. R., New developments in the chemistry of diborane and the borohydrides, Journal of American Chemical Society, 75, 186-190, 1953.
[3] Schlesinger H. I., Brown H., Hoestra H., Rapp L., Reactions of diborane with alkali metal hydrides and their addition compouns: New syntheses of borohydrides, Journal of American Chemical Society, 75, 199-204,1953.
[4] Kalafatoğlu E., Kocakuşak S., Yalaz N., Sodyum borhidrür literatür araştırması, TÜBİTAK- MAM, Rapor No: 86/03, Gebze,1986.
[5] Bilici M. S., Sodyum borhidrür üretim yöntemleri, 2. Uluslararası Bor Sempozyumu Bildiriler Kitabı, Eskişehir, 119-125, 2004.
[6] Goerrig D., Lohmar F., Schabacher W., Mulheim C., Schubert F., Process for the Production of Boranates, US 3.140.150, 1964.
[7] Lorthioir S., Humbert-Droz C., Trennoy S., Process for the preparation of alkali borohydride such as lithium borohydride, US 5.294.423, 1994.
[8] Wu Y., Low-cost, off-board regeneration of sodium borohydride, Presentation, DOE Hydrogen Program Review, May, 2004.
[9] Santos D. M. F., Sequeira C. A. C., On the electrosynthesis of sodium borohydride, International Journal of Hydrogen Energy, 35, 9851-9861, 2010.
[10] Zhou Y., A process for synthesizing metal borohydrides, WO 02/062701, 2002.
[11] Amendola S. C., Kelly M. T., Compositions and processes for synthesizing borohydride compounds, US 6.433.129, 2002.
[12] Amendola S. C., Kelly M., Wu Y., Process for synthesizing borohydride compounds, US 6.524.542, 2003.
[13] Amendola S. C., Kelly M. T., Ortega J. V., Wu Y., Process for synthesizing borohydride compounds, US 6.670.444, 2003.
[14] Ortega J., Wu Y., Amendola S., Kelly M., Processes for synthesizing alkali metal borohydride compounds, US 6.586.563, 2003.
[15] Li Z. P., Morigazaki N., Liu B., Suda S., Preparation of sodium borohydride by the reaction of MgH2 with dehydrated borax through ball milling at room temperature, Journal of Alloys and Compounds, 349, 232- 236, 2003.
[16] Li Z. P., Liu B., Morigazaki N., Suda S., Preparation of potassium through ball milling, Journal of Alloys and Compounds, 354, 243-247, 2003.
[17] Kojima Y., Haga T., Recycling process of sodium metaborate to sodium borohydride, International Journal of Hydrogen Energy, 28, 989-993, 2003.
[18] Suda S., Production of sodium borohydride by applying dynamic behaviors of protide at the extreme surface of magnesium, International Symposium on Metal Hydrogen Systems, Presentation, Cracow, Poland, 2004.
[19] Suda S., Li Z., Iwase Y., Morigasaki N., Method for producing tetrahydroborates, EP 1 424 310 A2, 2004.
[20] Suda S., Morigasaki N., Iwase Y., Li Z. P., Production of sodium borohydride by using dynamic behaviors of protide at the extreme surface of magnesium particles, Journal of Alloys and Compounds, 404-406, 643- 647, 2005.
[21] Eom K. S., Cho E. A., Kim M. J., Oh S. K., Nam S. W., Kwon H. S., Thermochemical production of sodium borohydride from sodium metaborate in a scaled-up reactor, International Journal of Hydrogen Energy, 38, 2804-2809, 2013.
[22] Kantürk Figen A., Pişkin S., Microwave assisted green chemistry approach of sodium metaborate dihydrate (NaBO2 .2H2 O) synthesis and use as raw material for sodium borohydride (NaBH4 ) thermochemical production, International Journal of Hydrogen Energy, 38, 3702-3709, 2013.
[23] Kayacan İ., Doğan Ö. M., Uysal B. Z., Effect of magne-sium on sodium borohydride synthesis from anhydrous borax, International Journal of Hydrogen Energy, 36, 7410-7415, 2011.
[24] Piskin M. B., Investigation of sodium borohydride production process:‘‘Ulexite mineral as a boron source’’, International Journal of Hydrogen Energy, 34, 4773- 4779, 2009.
[25] Gençaslan A., Susuz borakstan sodyum borhidrür üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2007.
[26] Rao C. N. R., Chemical Applicolions of Infrared Spectroscopy, Academic Press, New York and London, 1963.
[27] Lyttle D. A., Jensen E. H., Struck W. A., A simple volumetric assay for sodium borohydride, Analytical Chemistry, 24, 1843-44, 1952.