Sodium Borohydride Methanolysis in the Presence of a Carbon Supported Co-B Catalysts Produced from Agricultural Waste

Abstract

In this study, Co-B catalyst was synthesized by using activated carbon obtained from Siirt pistachio shell, which is an agricultural waste, and this catalyst was used in hydrogen production process. Siirt pistachio is one of the most important agricultural income sources of Siirt region. After processing pistachio, the remaining pistachio shell is considered as agricultural waste, and the efficient use of this waste is of great importance. Activated carbon supported Co-B catalyst was used in the reduction of NaBH₄. In order to define the kinetics of the catalyst, different NaBH₄ concentrations, catalyst concentrations and temperatures were studied. In the methanolysis experiments using the same NaBH4 concentration at 30 °C with different catalyst amounts, the completion time of the reaction was shortened as the amount of catalyst increased, and the rate of hydrogen production was observed to be increasing. In the presence of activated carbon-supported Co-B catalyst, when different temperature (30-60 ^oC) activities of methanolysis experiments were examined, it was observed that the reaction rate increased significantly with increasing temperature. It was found that agricultural waste can be efficiently used to produce support material for the production of high capacity catalysts. Finally, the reaction pattern was extracted using the data from the results of this experiment, whereby an empirical formula was derived, and the result of the future experiments can theoretically be obtained with this equation. As a result of this study, Siirt pistachio shell, considered as agricultural waste, is effectively processed and converted into a product with high added value.

Keywords

• Agricultural waste,Siirt pistachio shell,sodium borohydride,Co-B,methanolysis

Tarımsal Atıktan Elde Edilen Aktif Karbon Destekli Co-B Katalizörü Varlığında Sodyum Borhidrürün Metanolizi

Abstract

Bu çalışmada, tarımsal atık olan Siirt fıstığı kabuğundan elde edilen aktif karbon kullanılarak destekli Co-B katalizörü sentezlenmiş ve bu katalizör hidrojen eldesinde kullanılmıştır. Siirt yöresinin en önemli tarımsal gelir kaynaklarının başında Siirt fıstığı gelmektedir. Fıstık işlendikten sonra geriye kalan fıstık kabuğu ise tarımsal atık olarak kabul edilmekte olup, bu atığın etkin bir şekilde kullanılması ise oldukça önem arz etmektedir. Aktif karbon destekli Co-B katalizörü, sodyum borhidrür (NaBH₄)’ün metanol ortamındaki bozunma reaksiyonu etkinliklerinde kullanılmış olup, farklı NaBH₄ konsantrasyonları, farklı katalizör miktarları ve farklı sıcaklıklar varlığında deneyler yapılarak etkinlikleri incelenmiştir. Çalışmada; 30 °C sıcaklıktaki aynı NaBH₄ konsantrasyonun, farklı katalizör miktarları kullanılarak yapılan metanoliz deneylerinde, katalizör miktarı arttıkça reaksiyonun tamamlanma süresi kısalmakta ve hidrojen üretim hızının artmakta olduğu gözlemlenmiştir. Aktif karbon destekli Co-B katalizörü varlığında metanoliz deneylerinin farklı sıcaklık (30-60 ^oC) etkinlikleri incelendiği zaman ise sıcaklığın artmasıyla reaksiyon hızındaki artışın da belirgin bir şekilde olduğu görülmüştür. Bunun yanı sıra tarımsal atıkların işlenerek katalizörlerde destek maddesi olarak kullanımının katalizör etkinliğini arttırdığı tespit edilmiştir. Son olarak; bu deney sonuçlarından elde edilen veriler kullanılarak reaksiyon modeli çıkarılmış olup, buna bağlı olarak bir ampirik formül türetilmiş ve bundan sonra yapılacak deneylerin sonucunu teorik olarak da elde edilebilecek denkleme ulaşılmıştır. Yapılan bu çalışma sayesinde tarımsal atık olarak kabul edilen Siirt fıstığı kabuğu etkin bir şekilde değerlendirilmiş olup, bu atık malzeme katma değeri yüksek olan bir ürüne dönüştürülmüştür.

Keywords

• Co-B,Tarımsal atık,Siirt fıstığı kabuğu,sodyum borhidrür,metanoliz

References

1. Ahlström-Silversand, A.F., Odenbrand, C.U.I., 1999. Modelling catalytic combustion of carbon monoxide and hydrocarbons over catalytically active wire meshes. Chemical Engineering Journal, 73(3): 205-216.
2. Badie, S., Girgisa, E., Smith, M., 2009. Pilot production of activated carbon from cotton stalks using H3PO4. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 86(1): 180-184.
3. Ekinci, A., Sahin, O., Saka, C., Avci, T., 2013. The effects of plasma treatment on electrochemical activity of Co-W-B catalyst for hydrogen production by hydrolysis of NaBH4. International Journal of Hydrogen Energy, 38(35): 15295-15301.
4. İzgi, M.S., Şahin, Ö., Erhan, O., Horoz, S., 2017. Metanolde sentezlenen Co-B katalizörün sodyum hidrolizi üzerine etkisi. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 7(4): 151-160.
5. Kaya, M., Şahin, Ö., Saka, C., 2018. Preparation and TG/DTG, FT-IR, SEM, BET surface area, iodine number and methylene blue number analysis of activated carbon from pistachio shells by chemical activation. International Journal of Chemical Reactor Engineering, 16(2), doi.org/10.1515/ijcre-2017-0060.
6. Lewicka, K., 2017. Activated carbons prepared from hazelnut shells, walnut shells and peanut shells for high CO2 adsorption. Polish Journal of Chemical Technology, 19(2): 38-43.
7. Ramya, K., Dhathathreyan, K., Sreenivas, J., Kumar, S., Narasimhan, S., 2013. Hydrogen production by alcoholysis of sodium borohydride. International Journal of Energy Research, 37(14): 1889-1895.
8. Sahiner, N., Demirci, S., 2017. Natural microgranular cellulose as alternative catalyst to metal nanoparticles for H2 production from NaBH4 methanolysis. Applied Catalysis B: Environmental, 202: 199-206.

9. Sandelin, F., Oinas, P., Salmi, T., Paloniemi, J., Haario, H., 2006. Dynamic modelling of catalytic liquid-phase reactions in fixed beds-kinetics and catalyst deactivation in the recovery of anthraquinones. Chemical Engineering Science, 61(14): 4528-4539.
10. Şahin, Ö., Saka, C., 2013. Preparation and characterization of activated carbon from acorn shell by physical activation with H2O-CO2 in two-step pretreatment. Bioresource Technology, 136: 163-168.
11. Xu, D., Wang, H., Guo, Q., 2011. Catalytic behavior of carbon supported Ni-B, Co-B and Co-Ni-B in hydrogen generation by hydrolysis of KBH4. Fuel Processing Technology, 92(8): 1606-1610.
12. Yan, K., Li, Y., Zhang, X., Yang, X., Zhang, N., Zheng, J., 2015. Effect of preparation method on Ni2P/SiO2 catalytic activity for NaBH4 methanolysis and phenol hydrodeoxygenation. International Journal of Hydrogen Energy, 40(46): 16137-16146.
13. Zhang, J., Fisher, T.S., Gore, J.P., Hazra, D., Ramachandran, P.V., 2006. Heat of reaction measurements of sodium borohydride alcoholysis and hydrolysis. International Journal of Hydrogen Energy, 31(15): 2292-2298.