Alkil amin boran üretimi ve dehidrojenasyon karakteristiği

Çevreye duyarlı bir enerji taşıyıcısı olarak kullanılabilecek hidrojenin, sentetik bir yakıt olarak üretimi, depolanması, kullanım güvenliği ve maliyeti gibi bazı sorunlar vardır. Hidrojenin güvenli bir şekilde taşınması ve depolanmasına yönelik çözümlerden birisi de kimyasal depolamadır. Son yıllarda hidrojen depolama malzemesi olarak da borlu birleşiklerden amin boranlar ilgi çekmektedir. İki aşamada yürütülen bu çalışmanın ilkinde, n-bütilamin boran (NBAB), tert-bütilamin boran (TBAB) ve etilendiamin bisboranın (EDABB) laboratuvar boyutlu sentez çalışmaları parametrik olarak incelenmiştir. İkinci aşamada ise sentezi gerçekleştirilen amin boranların katalitik ve katalitik olmayan dehidrojenasyonu çalışmaları yürütülmüştür. Sentez değişkenleri olarak sodyum borhidrür derişimi, sıcaklık ve reaksyion süresinin üretim verimi ve saflığı üzerine etkileri çalışılmıştır. Bu değişkenler dışında ayrıca çözücü tipi, ortam pH'ı ve reaktant stokiyometrik oranının etkileri de incelenmiştir. Sentez çalışmalarında en iyi sonuçlar NBAB için %97 saflıkta, %70,4 üretim verimine 32,5 °C, 0,15 M SBH/THF (tetrahidrofuran), 2,5 h sürede, TBAB için %97 saflıkta %75,1 üretim verimine 25 °C'de, pH 5, nAmin/nSBH 1, 4 h sürede, EDABB için %90 saflıkta %82,5 üretim verimine 25 °C'de 0,1 M SBH/THF ve 4 h sürede ulaşılmıştır. Çalışmanın diğer aşamasında; katalitik hidroliz başta olmak üzere ilave olarak NBAB'ın termolizi, TBAB'ın termohidrolizi ve EDABB'ın dehidrojenasyonunu içeren farklı dehidrojenasyon yöntemleri uygulanmıştır. EDABB'ın katalitik dehidrojensayon çalışmalarında sudan farklı bir iyonik çözücü olan ve reaktifimizin ana bileşiği olan etilendiamin çözücüsü ortamında dehidrojenasyon çalışmaları yürütülmüştür. Katalitik dehidrojenasyon çalışmalarında kimyasal çöktürme ve emdirme yöntemleriyle hazırlanan Ni-Zr-B-O (kütlece % 40 Ni, %60 Zr) ile Pd-Ni-Zr-B-O (kütlece %5 Pd, %38 Ni ve % 57 Zr) katalizörleri kullanılmıştır. İki farklı kataliz miktarı ile yürütülen katalitik deneyler sonucu, 0,05 g Pd-Ni-Zr-B-O katalizörü ile yapılan kütlece %0,2'lik ilgili amin boranın hidrolizinde; 55 °C sıcaklıkta TBAB için 185 s'de %98 hidrojen üretim verimine, EDABB için 215 s'de %99 hidrojen üretim verimine ulaşılmıştır. TBAB ve EDABB'ın katalitik hidrolizleri sonucu yapılan kinetik analizlerde tepkimenin her iki katalizör ve reaktif için sıfırıncı mertebe olduğu belirlenmiştir. Bu analizde ayrıca TBAB ve EDABB'ın hidrolizi için aktivasyon enerjileri, entalpileri ve entropileri de hesaplanmıştır. Pd-Ni-Zr-B-O katalizörü ile yapılan hidroliz çalışmalarında aktivasyon enerjileri TBAB ve EDABB için sırasıyla 28,0 kJ.mol-1 27,04 kJ.mol-1 olarak bulunmuştur. Sentezlenen amin boran bileşiklerinin yapılarını ve karekteristik özelliklerini belirlemek amacıyla FTIR, XRD ve 11B NMR analizleri yapılmıştır. Katalitik çalışmalarda kullanılan katalizörlerin ise XRD, XPS, çok noktalı BET ve SEM-EDX analizleri ile karakteristik ve morfolojik özellikleri incelenmiştir.