Sıcak Gazlardan H2s Gidermek Amacıyla Cuo/mezogözenekli Silika Sorbentlerin Geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, bakır ve mezo-gözenekli silika malzemeler kullanılarak sıcak gazlardan H2S gidermek amacıyla sorbentler hazırlanmıştır. Sorbentlerin hazırlanmasında CuO aktif faz, mezo-gözenekli MCM-41 ve SBA-15 ise taşıyıcı malzemeler olarak kullanılmıştır. Çalışmada, CuO/MCM-41, CuO/SBA-15 ve CuO-SiO2 olmak üzere başlıca üç tip sorbent malzemesi hazırlanmıştır. CuO/MCM-41, ve CuO/SBA-15 tipi sorbentler, yaş emdirme (wet impregnation), CuO-SiO2 tipi sorbentler ise ilk defa bu çalışmada kullanılan yeni bir yöntem kullanılarak hazırlanmıştır. Bu yeni yöntemde nano-CuO tanecikleri tek adımlı bir sentez sürecinde silika yapıyla sokulmuştur. Sorbent numuneleri, kükürt tutma–yenilenme sürecinden önce ve sonra X-ışınları kırınımı, azot adsorpsiyonu, yaş yöntemler, TGA, H2-kimyasal adsorpsiyonu ve TEM gibi yöntemler kullanılarak karakterize edilmişlerdir. Hazırlanan sorbentlerin sıcak gazlardan H2S giderme özellikleri, laboratuar ölçeğindeki sabit yatak tipi bir reaktör kullanılarak incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, CuO-SiO2 tipi sorbentlerin kapasite kullanım oranlarının diğerlerinden daha yüksek olduğunu ortaya koymuştur. Buna karşın, kapasite değişimi açısından ise yaş emdirme yöntemiyle hazırlanan sorbentler biraz daha üstündür. Kükürt tutma-yenilenme sürecinin, hazırlanan tüm sorbentlerin yapısında değişimlere neden olmaktadır. Sonuç olarak, mezo-gözenekli malzemelerin sıcak gazlardan kükürt giderme sorbentlerinde taşıyıcı olarak kullanılabileceği görülmüştür. Çalışmalar sırasında, sentez aşamasında mezo-gözenekli SBA -15’in yapısına CuO sokarak sorbent numuneleri hazırlamak esasına dayanan yeni bir yöntem daha denenmiş ancak istenen oranda CuO yüklenememiştir. Bu nedenle bu yöntemle sorbent hazırlama çalışmalarına son verilmiştir. Ancak, bu yöntemin, katalizörlerde olduğu gibi, çok daha düşük miktarlarda Cu yüklemenin yeterli olduğu uygulamalar için kullanılmasının mümkün olabileceği düşünülmektedir.

In this study, sorbents were prepared by using copper and mesoporous silica materials for the H2S removal from hot gases. CuO was used as the active component and mesoporous MCM-41 and SBA-15 were used as the carrier materials. Three types of sorbent were synthesized in the study. They were classified as CuO/MCM-41, CuO/SBA-15 and CuO-SiO2 type sorbents. CuO/MCM-41 and CuO/SBA-15 type sorbents were prepared by wet impregnation method. On the other hand, CuO-SiO2 type sorbents were prepared by a new method which was developed in this study. In this method, nano sized CuO particles were doped into the silica material structure through a single step synthesizing process The fresh and sulfided sorbent samples were characterized by using X-ray diffraction (XRD), nitrogen adsorption, chemical analysis, thermal gravimetric analysis (TGA), H2-chemisorption and transmission electro microscopic (TEM) imaging methods. The H2S removal characteristics of the sorbent samples from hot gases were investigated by using a laboratory scale fixed bed reactor. Experimental results indicated that CuO-SiO2 type sorbents have higher capacity usage ratios than the others. On the other hand, the breakthrough point sulfur capacities of sorbents prepared by wet impregnation, appeared to be relatively less prone to the sulfidation-regeneration cycles. Sulfidation-regeneration processes caused changes in the structure of the sorbents. It could be claimed, that mesoporous materials are convenient to be used as carrier materials for hot gas desulfurization sorbents. In the study, a second new method, based on modifying the synthesis process of SBA-15, was developed and tested to synthesize sorbent by introducing CuO in to the structure of SBA-15. The method did not allow to introduce CuO enough to prepare a material that can be used for the removal of H2S from gases and thus was discarded. The test results, however indicated that, the method can be used to prepare materials with low CuO percentage, such as catalysts.