BAKIR İÇERİKLİ SBA-15 SENTEZİ ve KARAKTERİZASYON İŞLEMLERİ Fatma ARAS KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ,2014 1
BAKIR İÇERİKLİ SBA-15 SENTEZİ ve KARAKTERİZASYON İŞLEMLERİ
Fatma ARAS
KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GAZİ ÜNİVERSİTESİ,2014
1
İçindekiler
Projenin Amacı
SBA-15 Özellikleri
SBA-15 Sentez Mekanizması
Modifikasyon Yöntemleri
Cu/SBA-15 Sentez Bileşenlerinin
Seçimi
Cu/SBA-15 Sentezi
Karakterizasyon Çalışmaları
Cu/SBA-15 Tek Nokta BET Yüzey Alan Analizi
Cu/SBA-15 FTIR Analizi
Kaynakça
2
Projenin Amacı
SBA-15 malzemesinin katalitik aktivitesini arttırmak için yapıya sentez aşamasında
(hidrotermal yöntem) sabit (0.05) metal/silisyum oranında bakır metali yüklemesi
yapılmıştır.
Sentez bileşenlerinden yüzey aktif maddeyi ve metal kaynağını standart reçetesinden
farklı olarak alkol ile çözmenin metal yükleme başarısına olan etkisi incelenmiştir.
3
4
Neden SBA-15 Sentezledik?
SBA-15 ; 50-100 Å arasında homojen gözenek boyut dağılımına sahip hegzagonal yapılı bir
malzemedir.Yaklaşık %85 gözenek hacmine sahip SBA-15 özellikle 31-64 Å arasında değişen silika
duvar kalınlığı ile oldukça yüksek termal kararlılık göstermektedir. [1]
Yüksek yüzey alanı (600-1000 m2/g) ile fazla miktarda aktif metal yüklemesine izin veren SBA-
15,büyük moleküllü organik malzemelerin kolay taşınımıyla uygun kütle transfer koşulları sağlayan
yüksek gözenek boyutu sayesinde ilgi görmektedir.[1]
Neden SBA-15 Sentezledik?
Ancak birçok amaç için kullanılan bu malzemeler, nötr yüzey kombinasyonuna sahip
oldukları için düşük katalitik aktivite gösterirler.Bu durum malzemenin yüzey asitliğinin
arttırılmasıyla giderilebilir.[1]
5
SBA-15 Sentez Mekanizması
6
[2]
Modifikasyon Yöntemleri
Hidrotermal Sentez Yöntemi
Bu sentez yönteminde aktif bileşen elde
edilecek destek malzemesi (SBA-15) için
gerekli olan sentez çözeltisinin içerisine
direkt olarak eklenir.
7
Emdirme Yöntemi
Bu metotta, destek malzemesinin (SBA-15)
sentezinden sonra aktif bileşen (Cu), çözelti
içerisinden destek üzerine emdirilir ve daha
sonra çözücünün buharlaştırılması sağlanır.
SBA-15 ve diğer silika bazlı mezogözenekli malzemelerin asitliği çeşitli metotlar
kullanılarak geliştirilebilir.
Cu/SBA-15 Sentez BileşenlerininSeçimi
Yüzey aktif bileşen : Mezo yapının oluşumunu
başlatan maddedir.
İnoganik bileşen : İnorganik duvarların
oluşumunu sağlar.
Solvent ve Asit kaynağı : Reaksiyonun
başlaması için uygun ortamı sağlar.[2]
8
P123
TEOS
Cu/SBA-15 Sentez BileşenlerininSeçimi
Yüzey aktif madde seçiminde; Flodström ve ark. tarafından yapılan çalışmadan
faydalanılmıştır. Polimerlerin EO-blok uzunluğu silikanın mezo yapısının oluşmasını
etkilediği,hekzagonal malzeme (SBA-15) için duvar kalınlığının EO-bloklarının
uzunluğuna bağlı olduğu görülmüştür. Bunun yanında, PO-blok uzunluğunun gözenek
çapı ve duvar kalınlığında artış görülmüştür.[3]
9
Cu/SBA-15 Sentez BileşenlerininSeçimi
Silika kaynağı sentezlenen malzemenin duvar kalınlığı,gözenek boyutu ile doğrudan
ilişkilidir.Kullanılan TEOS ile SBA-15 malzemesi yüksek hidrotermal ve mekamik
dayanıma sahip olur.
Ying-Ying Gu ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada; metal yüklemesi bazik
ortamda(etanol ile sağlanmıştır) gerçekleştirilmiştir,çünkü asidik ortamda metal
çökelmektedir.Bu sayede metalin çözeltide kalmayıp malzemeye yerleşmesi
sağlanmıştır.[4]
10
Cu/SBA-15 Sentez BileşenlerininSeçimi
Cu-SBA-15 malzemesi için bakır kaynağı olarak CuCl2.2H2O tuzu kullanılmıştır.Bu tuz
çözelti ortamında iyonlaşarak CuO halinde malzemeye yerleşir.Oksitli bileşiği halinde
gözeneklere yerleşen bakır metali reaksiyon uygulamalarında aktif merkez olarak rol
alır.
11
Cu/SBA-15 Sentez BileşenlerininSeçimi
İncelenen tüm bu çalışmalar göz önüne alındığında SBA-15 e metal yükleme
başarısının zayıf asidik şartlarda daha yüksek olduğu görülmektedir.Bu sentez şartlarını
sağlamak için yüzey aktif madde alkol ile çözdürülür.Metalin de malzemeye
yüklenmesi ve çözeltide kalmaması için bir miktar alkol ile çözdürülmesi avantaj
sağlayacaktır.
12
Cu/SBA-15 Sentezi
Cu-SBA-15 malzemesinin sentezinde; Pluronic123(yüzey aktif madde),TEOS(silika
kaynağı),HCl(asit kaynağı) kullanılmıştır.Bakır kaynağı olarak da CuCl2.2H2O tuzu
kullanılmıştır.Kullanılan malzemelerin mol oranları 1 mol SiO2: 0,017 mol P123; 80.66
mol HCl:40.8 mol C2H6O olarak belirlenmiştir.
13
Cu/SBA-15 Sentezi
14
Karakterizasyon Çalışmaları
15
Tek Nokta BET Yüzey Alanı Ölçümü
Hidrotermal yöntem ile metal yüklemesi yapılan SBA-15 numunesi için tek nokta BET
yüzey alanı,913,73 m2/g olarak bulunmuştur.
ÖZGE AKTAŞ ın tezinde [5] Bae ve ark.,(2007) na ait çalışma referans alınarak
SBA-15 sentez çalışması yürütülmüştür.AKTAŞ’ın yapmış olduğu çalışmada metal
yüklemesiz SBA-15’ e ait tek nokta BET ölçüm sonucu 914 m2/g olarak bulunmuştur.
Karakterizasyon Çalışmaları
Yürütülen bu çalışma ve AKTAŞ’ın çalışması karşılaştırıldığında,yapıya metal
yüklemesinin misel oluşum mekanizmasında değişime yol açtığı ve oluşan
gözeneklerde sınırlamalar ile yüzey alan değerlerinde düşme meydana getirdiği
sonucuna varılmıştır.Yüzey alan değerindeki bu azalma malzemeye ait küçük
gözeneklerin deformasyonu veya olası yıkılmalar ile küçük gözeneklerin kaybolması ve
daha büyük gözeneklerin oluşmasıyla açıklanabilir.Bu durum ise mikro gözenek yüzey
alanı ölçümü yapabilen tek nokta BET sonucuyla desteklenmektedir.
16
Karakterizasyon Çalışmaları
FTIR ile Malzemedeki Bağların Tayini
17
(1)SBA-15 malzemesine ait FTIR analizi çıktısı[6]
(2)Cu-SBA-15 malzemesine ait FTIR analizi çıktısı
Karakterizasyon Çalışmaları
FTIR ile Malzemedeki Bağların Tayini
18
(1)Cu-SBA-15 malzemesine ait FTIR analizi çıktısı[6]
(2)Cu-SBA-15 malzemesine ait FTIR analizi çıktısı
Kaynakça
RUREN XU, Chemistry of Zeolites and Related Porous Materials: Synthesis and Structure, Singapore,2007,468-
475,494-497,500
F.Hoffmann, M.Cornelius, J. Morell, Silica-Based Mesoporous Organic–Inorganic Hybrid Materials,
Weinheim,2006
Flodström, K., Alfredsson, V., “Influence of the block length of triblock copolymers on the formation of mesoporous
silica”, Microporous and Mesoporous Materials, 59: 167-176 (2003)
Ying-Ying Gu,Xin-Hua Zhao,Gui-Rong Zhang,Han-Ming Ding,Yong-Kui Shan,Selective hydroxylation of benzene
using dioxgen activated by vanadium-couuer oxide catalyst supported on SBA-15,Shangahai,2007
Ö.AKTAŞ, Propanın Seçici Oksidasyonu ile Propilene Dönüşümü Reaksiyonu için SBA-15 VE MCF Destekli
Katalizör Geliştirilmesi,Yüksek Lisans Tezi,Ankara,2008
F.AKTI,Bakır ve Kalay içerikli SBA-15 katalizörlerin Sentezi ve Etanolün Seçici Oksidasyonunda Reaksiyon
Testi,Doktora Tezi,Ankara,2014
19
20
Dinlediğiniz için teşekkür ederim…