Karbon dioksitin kuru reformlaması için etkin katalizörlerin tasarımı, geliştirilmesi ve reaksiyon mekanizmasının bulunması

Bu çalışmanın amacı, platin grup metal içermeyen kuru reformlama katalizörleri tasarlamak ve geliştirmek, her bir katalizör bileşeninin rolünü teyit etmek, en yüksek performans için optimum reaksiyon koşullarını belirlemek ve kuru reformlama reaksiyon mekanizmasını ortaya çıkarmaktır. Aktivite ve seçicilik testlerinde sıcaklık, besleme gazlarının oranı ve kalma süresi deneysel parametreler olarak kullanılmıştır. Hem katalizörlerin hem de kuru reformlama sırasında katalizörler üzerinde biriken karbon türlerinin özellikleri SEM-EDX, TPO, XPS, HRTEM-EDX ve Raman Spektrometresi ile analiz edilmiştir. Katalizörlerin kinetik davranışları sıcaklık, besleme ve ürün kısmi basınçları parametrik olarak değiştirilerek analiz edilmiştir. Gerek katalizörlerin yüzeyi gerekse de kuru reformlama mekanizması hakkında bilgi edinmek amacıyla FTIR-DRIFT çalışmaları yürütülmüştür. Co parçacıklarının homojen dağılmış Ce parçacıklarını kısmen kapattığı belirlenmiştir. En yüksek Co/Ce oranına sahip olan katalizör için, en düşük serya indirgenme derecesi ve en yüksek O1s XP spektrumu asimetrisi, ki bu veri latis oksijen boşlukları ile adsorplanan oksijene bağlı olmaktadır, elde edilmiştir. Ayrıca, Co yüklemesi daha fazla olan katalizör örneklerindeki Co türlerinin daha çok oksitlenmiş olduğu teyit edilmiştir. Kuru reformlamada katalizör sisteminin tüm bileşenlerine ait roller doğrulanmıştır. Co'nun CH4 parçalanmasında, seryanın yüzey oksijeni taşınımında, ZrO2'nin ise kuru reformlamanın CO2 parçalanması basamakları aracılığıyla yüzey oksijeni üretiminde rol oynadığı anlaşılmıştır. Katalizör yüzeyinde oluşan farklı karbon tiplerinin dağılımı hem katalizör bileşimine hem de reaksiyon koşullarına bağlıdır. Kinetik çalışmalar, CH4 kullanımının CO2 kullanımını dahi etkileyerek kuru reformlamada anahtar rol oynadığını ve H2'in mekanizmada olumsuz etkisi olduğunu ortaya koymuştur. Kuru reformlamanın C dengesinde Co/Ce oranının etkisi de performans, kinetik ve FTIR-DRIFT çalışmalarının birlikte değerlendirilmesi sonucunda anlaşılmıştır.