Saliha ÇETİNYOKUŞ KILIÇARSLAN, Meltem DOĞAN, Timur DOĞU

İZOBÜTAN DEHİDROJENASYONU İÇİN Ca-Cr-MCM-41 KATALİZÖRLERİNİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

Yürütülen çalışmada, Cr-MCM-41 katalizörlerine Ca eklenmesinin, katalizör üzerindeki kromat türlerinin dağılımına ve katalizör aktifliğine etkileri araştırılmıştır. Çalışmada öncelikle farklı kalsiyum kaynakları (CaCO3, CaCl2, Ca(NO3)2) kullanılarak emdirme yöntemi ile katalizörler sentezlenmiştir. İzobütan dehidrojenasyonunda en aktif kromat türü olarak bilinen monokromatlar, CaCO3 tuzu kullanılarak sentezlenen katalizörde belirlendiğinden çalışmanın ilerleyen bölümlerinde CaCO3 tuzu kullanılmıştır. Hidrotermal yöntemle sentezlenen katalizörlerde Ca emdirilmeden önce yapıda bulunan mono- ve di- kromat miktarlarında azda olsa bir artış gözlenmiştir. Emdirme tekniği ile sentezlenen katalizörlerde ise yapıda olmayan monokromat türlerinin Ca eklemeden sonra yapıda oluştuğu tespit edilmiştir. Farklı Ca/Cr (kütle/kütle) oranlarında yürütülen çalışmalarda Ca/Cr oranının 0,65 olduğu durumda, monokromatlar içindeki O-Cr(VI) bağlarını gösteren pikin (380 nm) diğer katalizörlere göre daha şiddetli olduğu DR-UV-vis analizlerinden görülmüştür. Katalizör yüzey bileşimleri incelendiğinde en yüksek Cr/Si oranı yine bu katalizörde belirlenmiştir. Ca/Cr oranı 0,65 olacak şekilde emdirme ve hidrotermal sentez yöntemlerine göre sentezlenen katalizörlerin katalitik test çalışmaları 873K sıcaklık ve atmosferik basınçta gerçekleştirilmiştir. Bu testlerde yan reaksiyon ürünlerinin gözlenmemesi, katalizörleri izobüten seçiciliği yönünden ayrıcalıklı konuma getirmiştir. Emdirme ile sentezlenmiş katalizör yüzey alanında (Cr-MCM-41-EM) Ca ilavesi ile önemli bir azalış olmasına rağmen izobütan dönüşüm değerlerinin korunması, yapıda oluşan aktif monokromat türleri ile açıklanmıştır.

Anahtar Kelimeler:

İzobütan dehidrojenasyonu, Katalizör sentezi, Katalizör karakterizasyonu.

PDF

___

Nesterenko, N.S., Ponomoreva, O.A., Yuschenko, V.V., Ivanova, I.I. , Testa, F., Di Renzo, F. and Fajula ,F., “Dehydrogenation of ethylbenzene and isobutane over Ga- and Fe-containing mesoporous silicas”, Applied Catalysis A: General, vol. 254, 261–272, 2003.
Weckhuysen, B.M., Verberckmoes, A.A., Debaere, J., Ooms, K., Langhans, I. and Schoonheydt, R.A., “In situ UV–Vis diffuse reflectance spectroscopy — on line activity measurements of supported chromium oxide catalysts: relating isobutane dehydrogenation activity with Cr-speciation via experimental design”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, vol. 151, 115–131, 2000.
Hakuli, A., Kytökivi, A. and Krause, A.O.I., “Dehydrogenation of i-butane on CrOx/Al2O3 catalysts prepared by ALE and impregnation techniques”, Applied Catalysis A: General, vol. 190, 219–232, 2000.
Korhonen, S.T., Airaksinen, S.M.K. and Krause, A.O.I., “In situ characterization of carbonaceous deposits formed on chromia/zirconia during isobutane dehydrogenation”, Catalysis Today, vol. 112, 37–39, 2006.
Ding, J.F., Qin, Z.F., Li, X.K., Wang, G.F., Wang, J.G., “Coupling dehydrogenation of isobutane in the presence of carbon dioxide over chromium oxide supported on active carbon”, Chinese Chemical Letters, vol. 19, 1059-1062, 2008.
Fridman, V.Z., “Pathways of light compounds formation during propane and isobutane dehydrogenation on Al-Cr catalysts “, Applied Catalysis A: General, vol. 382, 139–147, 2010.
Kilicarslan, S., Dogan, M. and Dogu, T., “Cr Incorporated MCM-41 Type Catalysts for Isobutane Dehydrogenation and Deactivation Mechanism”, Ind. Eng. Chem. Res., vol. 52, 3674−3682, 2013.
Fu, Y., Ma, H., Wang, Z., Zhu, W., Wu, T. and Wang, G., “Characterization and reactivity of SnO2-doped V2O5/-Al2O3 catalysts in dehydrogenation of isobutane to isobutene”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, vol. 221, 163–168, 2004.
Centeno, M.A., Debois, M. and Grange, P., “Platinum Aluminophosphate Oxynitride (Pt-AIPON) Catalysts for the Dehydrogenation of Isobutane to Isobutene”, Journal of Catalysis, vol. 192, 296-306, 2000.
Ohta, M., Ikeda, Y. and Igarashi, A., “Preparation and characterization of Pt/ZnO-Cr2O3 catalyst for low-temperature dehydrogenation of isobutane”, Applied Catalysis A: General, vol. 258, 153–158, 2004.
Serrano-Ruiz, J.C., Sepúlveda-Escribano, A. and Rodríguez-Reinoso, F., “Bimetallic PtSn/C catalysts promoted by ceria: Application in the nonoxidative dehydrogenation of isobutane”, Journal of Catalysis, vol. 246, 158–165, 2007.
Jin, M., Lua, P., Yu, G.X., Cheng, Z.M., Chenc, L.F., Wang, J.A., “Effect of additives doping on catalytic properties of Mg3(VO4)2 catalysts in oxidative dehydrogenation of cyclohexane”, Catalysis Today, vol. 212, 142– 148, 2013.
Maldonado, F., Rivera, R. and Stashans, A., “Structure, electronic and magnetic properties of Ca-doped chromium oxide studied by the DFT method”, Physica B, vol. 407, 1262–1267, 2012.
Neri, G., Pistone, A., De Rossi, S., Rombi, E., Milone, C. and Galvagno, S., “Ca-doped chromium oxide catalysts supported on alumina for the oxidative dehydrogenation of isobutane”, Applied Catalysis A: General, vol. 260, 75–86, 2004.
David Raju, B., Rama Rao, K.S., Salvapathi, G.S., Sai Prasad, P.S. and Kanta Rao, P., “Influence of K2O addition on the aromatizationfunctionality of Al2O3-supported Cr2O3 catalysts in the transformation of isophorone”, Applied Catalysis A: General, vol. 209, 335–344, 2001.
Yaşyerli, S., Aktaş, Ö., “MCF supported V-Mo-Nb catalysts prepared by direct hydrothermal synthesis and impregnation methods for oxidative dehydrogenation of propane” Journal of The Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, vol. 27(1), 49-58, 2012.