Karbondioksit yakalama ve metanın kuru reformasyonu reaksiyonu ile kullanımında metal ve promotör etkisi / Aybala Büşra Topcu; thesis advisor Zafer Say.

Tez (Yüksek Lisans)--TOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Eylül 2025

Katalitik süreçler aracılığıyla entegre CO2 yakalama ve kullanım (ICCU), sera gazı emisyonlarının azaltılması ve net-sıfır hedeflerinin desteklenmesi için umut verici bir yaklaşımdır. Bu yöntemlerden biri olan metanın kuru reformlanma reaksiyonu (DRM), CO2 ve CH4'ü sentez gazına (H2/CO ≈ 1) dönüştürerek Fischer-Tropsch sentezi gibi süreçler için değerli bir hammadde sağlar. Bu çalışmada, DRM ve ICC-DRM koşullarındaki performans ve moleküler etkileşimlerini değerlendirmek amacıyla CeOx ve FeOx ile katkılanmış hidroksiapatit (HAP) destekli Rh katalizörleri geliştirilmiştir. 0.2RhCeHAP katalizörü, 700oC'de 22 saat boyunca üstün aktivite ve kararlılık sergileyerek Fe içeren katalizörü geride bırakmıştır. In-situ FTIR ve XPS analizleri, Rh-Ce etkileşimlerinin köprüleyici oksijen türleri (Rδ+-O-Ce2-x) oluşturduğunu, bunun da metalik Rh'un kararlılığını artırarak CO2 aktivasyonunu kolaylaştırdığını göstermiştir. Buna karşılık, Fe içeren katalizörde yüzeyde FePO4 oluşumu, aktif merkezlerin kapanmasını ve Rh'un indirgenmesini engelleyerek hızlı deaktivasyona yol açmıştır. Katalizörlerin CaO ile fiziksel olarak karıştırılmasıyla çift fonksiyonlu malzemeler (DFM'ler) elde edilmiş ve bu sistemler sayesinde CO2'nin verimli biçimde yakalanması ve yerinde dönüştürülmesi sağlanmıştır. Döngüsel ICC-DRM testleri uzun dönem kararlılığı doğrulamış ve RhCeHAP tabanlı DFM'ler entegre CO2 yakalama ve kullanım için umut verici adaylar olarak öne çıkmıştır.

Integrated CO2 capture and utilization (ICCU) through catalytic processes is a promising approach to mitigate greenhouse gas emissions and support net-zero targets. Among these, dry reforming of methane (DRM) converts CO2 and CH4 into syngas (H2/CO ≈ 1), a valuable feedstock for downstream processes such as Fischer-Tropsch synthesis. In this study, Rh-based hydroxyapatite (HAP) catalysts promoted with CeOx and FeOx were developed to evaluate their performance and molecular interactions under DRM and ICC-DRM conditions. The 0.2RhCeHAP catalyst showed superior activity and stability over 22 h at 700oC, surpassing its Fe-containing counterpart. In-situ FTIR and XPS analyses revealed that Rh–Ce interactions generated bridging oxygen species (Rhδ+-O-Ce2-x), stabilizing metallic Rh and enhancing CO₂ activation. In contrast, the Fe-containing catalyst formed surface FePO4, which hindered Rh reduction and caused rapid deactivation. Dual-functional materials (DFMs) were obtained by physically mixing catalysts with CaO, enabling efficient CO2 capture and in-situ conversion. Cyclic ICC-DRM tests confirmed long-term stability, with RhCeHAP based DFMs emerging as promising candidates for integrated CO2 capture and utilization.