Zeolit destekli metal nanoparçacıkların hazırlanması, karakterizasyonu ve tolüenin metilasyonunda katalitik davranışının incelenmesi

Nanomalzemelerin sentezi ve karakterizasyonundaki gelişmeler ve modern Kimya Mühendisliği, son yıllarda büyük ölçekli reaksiyonlar ile moleküler/atomik seviyedeki işlemleri birlikte kullanmaya başlamıştır. Özellikle son yıllarda çok önem kazanan nanoparçacıklar (NP), nanoteknolojinin temelini oluşturmaktadır. Metal NP'lar, geniş yüzey alanı, hacim oranı ve yüzeyinde daha fazla sayıda aktif sitelerin varlığı nedeniyle yüksek oranda katalitik aktiflik gösterirler. Bol miktarda kanal ve gözenek boşluklarına sahip olan zeolitler, gözenekli yapısı, yüksek yüzey alanları, şekil/boyut seçiciliği ve mükemmel katalitik aktivitesi nedeniyle metal NP'ların desteklenmesi için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında, orta gözenek boyutuna sahip ZSM-5, FER ve SAPO-11 zeolit destekleri üzerine ıslak kimyasallar yöntemiyle sentezlenmiş Cu, Ag, Ni metal ve Cu/Ag, Ni/Ag bimetal NP'lar modifiye edilmiştir. Islak kimyasallar yöntemi, basitliği, ekonomik, verimli ve kontrol edilebilirliğinden dolayı metalik NP'ların hazırlanmasında tercih edilen bir yöntemdir. NP'ları sentezlemek için Cu, Ag, Ni metallerinin nitrat tuzları, indirgeyici ajan olarak NaBH4 ve kaplayıcı ajan olarak L-treonin kullanılmıştır. Bu yöntemle hazırlanan katalizörlerin TEM, SEM, BET, XRD, XRF, UV-Vis, FT-IR ve TGA analizleri gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen katalizörler, tolüenin metilasyon reaksiyonu için, 3 farklı sıcaklık (300ºC, 400ºC, 500ºC) ve 4 farklı besleme akış hızında (WHSV1, WHSV2, WHSV3, WHSV4) test edilmiştir. Piyasa talebi az olan tolüenin, p-ksilen gibi daha değerli kimyasallara dönüştürülmesi ile artan p-ksilen talebinin karşılanması önem arz etmektedir. Bu nedenle, reaksiyon sonucunda oluşan ürünlere göre tolüen dönüşümü, ksilen izomerlerinin seçimlilikleri ve ksilen verimi, GC-MS sonuçlarında, birbirlerine çok yakın pik veren p-ksilen/m-ksilen oranları hesaplanmış ve sıcaklığın, akış hızının ve yapıya metal NP modifikasyonunun etkisi araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, zeolit yapısına metal NP'ların modifikasyonu, bazı durumlarda tolüen dönüşümünü azaltsa da, dönüşen tolüenin ağırlıklı olarak p-ksilen ve o-ksilene dönüşmesini sağlamıştır. Zeolit üzerinde NP modifikasyonundan sonra, Ag/SZM-5, Cu/FER ve Cu/SAPO-11 katalizörleri, yüksek p-ksilen seçiciliği göstermiştir. Bu aktiflikler, ZSM-5 için orta sıcaklıklarda (400ºC), FER ve SAPO-11 için ise yüksek sıcaklıklarda (500ºC) bulunmuştur. Tolüenin metanol ile reaksiyonu sonucu p-ksilen seçimliliğinin artması zeolit yapısına metal NP'ların modifikasyonu ile başarılı sonuçlar elde edildiğini göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Bimetal nanoparçacık, Ferrierit, Metal nanoparçacık, Metilasyon, SAPO-11, Tolüen, Zeolitler, ZSM-5.