Çeşitli çimento türleri üzerine yüklenmiş geçiş metal nanopartiküleri: Sodyum borhidrür metanolizinde katalizör ve inşaat alanında yapı malzemesi olarak kullanımı

Özellikle kentleşmenin artmasıyla paralellik gösteren enerji kullanımı artışı araştırmacıları 2050'lere kadar bitme riski bulunan fosil yakıtlardan temiz enerji kaynaklarına yönlendirmiştir. Bu eğilim özellikle yenilenebilir enerji kaynakları arasında dikkat çeken temiz, zehirsiz ve renksiz hidrojen enerjisi üzerinde yoğunlaşmaktadır. Ancak, hidrojen enerjisinin taşınma ve depolanma sorununa çözüm şarttır ve bunun için önemli çalışmalar hala devam etmektedir. Bu kapsamda, hidrojen metal hidrürler (NaBH4, LiBH4, Mg(BH4)2 vs) ve amin-boranlar (NH3BH3, Me2NHBH3, N2H4BH3) gibi katı hidrojen depolama malzemelerinden katalitik yöntemler kullanılarak elde edilmektedir. Bunlar arasında NaBH4 (sodyum borhidrür) sudaki çözünürlüğü, hidrojen içeriği (ağırlıkça %10,8), kararlılığı, dayanıklılığı ve çevre dostu olması nedeniyle önemli avantajlara sahiptir. Ancak NaBH4'ten uygun tekniklerle (dehidrojenasyon, termoliz ve solvoliz vb.) hidrojen gazı üretecek bir katalizör tasarlamak gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, çeşitli çimento türleri üzerine yüklenen geçiş metal nanopartiküllerinin ardışık olarak kinetik ve mekanik özellikleri incelendi. Öncelikle metal nanopartiküller, MNPs@CEM (M=Cu, Ni, Pd, Ru vs ve CEM= Çimento türleri), NaBH4'ün metanolizi boyunca sentezlenerek kinetik çalışmalar için aktif olup olmadıkları test edildi ve bunlar içinde en aktif katalizörün nikel nanopartikülleri (NiNPs) olduğu anlaşıldı. NiNPs@CEM'in karakterizasyonu SEM, SEM-EDX, TEM, XRD, XPS, ATR-FTIR ve UV-Vis spektroskopileri kullanılarak gerçekleştirildi. Yapılan kinetik çalışmalar sonucunda, NiNPs@CEM-I ve NiNPs@CEM-II tarafından katalizlenen NaBH4'ün metanolizi boyunca hesaplanan aktivasyon enerjileri Ea(NiNPs@CEM-I)= 30,82 + 2 kj mol-1 ve Ea(NiNPs@CEM-II)= 24,34 ± 2 kj mol-1; aktivasyon entalpileri ∆H#(NiNPs@CEM-I) =28,28 ± 2 kj mol-1 ve ∆H#(NiNPs@CEM-II)=21,79 ± 2 kj mol-1 ve standart aktivasyon entropileri ise ∆S#(NiNPs@CEM-I)= -134,95 ± 5 J mol-1K-1 ve ∆S#(NiNPs@CEM-II) =-161,05 ± 5 J mol-1K-1 olarak hesaplandı. Ayrıca NaBH4'ün metanolizini katalizleyen NiNPs@CEM'nin heterojenliği, kullanım ömrü, yeniden kullanılabilirliği ve izole edilebilirliği üzerine ayrıntılı kinetik çalışmalar yapıldı. Kinetik çalışmalardan sonra makro miktarlarda hazırlanan NiNPs@CEM'leri için yoğunluk, bağıl ultrasonik darbe hızı (UPV) ve basınç dayanımı testleri gibi mekanik testler yapıldı ve NiNPs@CEM'lerinin çeşitli inşaat uygulamalarında yapı malzemesi olarak da kullanılabileceği anlaşıldı. NiNPs@CEM'lerinin hem kinetik hem de mekanik çalışmalar için en uygun malzeme olduğu bulundu. Böylece, bu tez çalışmasında, hazırlanan katalizörler, NaBH4'ün metanolizini katalizledikten sonra inşaat alanında yapı malzemesi olarak kullanılmıştır. Sonuç olarak, birbirini takip eden iki aşamadan oluşan bu çalışmada çimento türlerine geçiş metal yüklemesi yapılarak yeni kullanım alanları kazandırmak amaçlanmaktadır.