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

Year 2019, , 80 - 86, 28.02.2019

Mustafa Kaya , Mesut Bekiroğulları

https://doi.org/10.19159/tutad.484990

Cited By: 6

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

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.