KBH4 Hidrolizi için Aktif karbon Destekli Nano Metal Ru-Ni-B Katalizörün Sentezi ve Kinetik Değerlendirilmesi

Yıl 2025, Cilt: 6 Sayı: 2, 69 - 84, 19.10.2025

Mehmet Salih Keskin

https://doi.org/10.70562/tubid.1687520

Öz

İlk defa bu çalışmada, yöresel adı bıtım olan ve yörenin önemli gelir kaynaklarından biri sayılan doğal bıttım sabunu yapımında kullanıldıktan sonra geriye kalan tarımsal atık kısmından mikrodalga destekli aktif karbon sentezlenmiş (BAC) ve Ru-Ni-B katalizöründe destek maddesi olarak kullanılmıştır. Elde edilen katalizör Potasyum borhidrür (KBH4)’ün sudaki bozunma reaksiyonunda kullanılarak hidrojen elde etmek amaçlanmıştır. Çözelti sıcaklığı, KBH4 yüklemeleri ve katalizör miktarı gibi parametrelerin KBH4 çözeltilerinden hidrojen üretimi üzerindeki performansı araştırıldı. Ayrıca, Ru-Ni-B@BAC katalizörlerin karakteristik özellikleri, SEM-EDS, XRD gibi analitik teknikler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 30°C, 10ml çözelti ve farklı katalizör miktarları varlığında yapılan deneylerde katalizör miktarının artması ile hidroliz reaksiyonunun daha kısa sürede sonlandığını gözlemlenmiş. Sabit katalizör ve KBH4 miktarları ile farklı sıcaklıklar varlığında (20°C-50°C) yapılan deneylerde sıcaklığın artması ile reaksiyon süresinin kısaldığı ve hidrojen üretim hızının arttığı, ayrıca KBH4 konsantrasyonun artması ile de reaksiyon hızının arttığı gözlemlenmiştir. Daha önceki çalışmalardan edinen tecrübeye istinaden Ru bazlı katalizörlerde alkali ortamın artması ile aktivitenin düştüğü gözlemlenmişti Bu yüzden çalışmamızda %1 KOH kullanıldı. Süreci etkileyen kinetik parametreler test edilerek 30⁰C’de, 10 ml çözelti 25 mg katalizör %1 KBH4 koşullarda belirlenen Ru-Ni-B@BAC katalizörünün hidrojen üretim hızı 2638.08 ml (g kat dk)-1 olarak gözlemlendi. Ka 61.308 kjmol-1 olduğu tahmin edilmektedir.

Anahtar Kelimeler

Tarımsal atık , aktif karbon , Ni-Ru @BAC , KBH4 , Hidroliz

Proje Numarası

2020 SİÜ.EĞT.FAK.004

KBH4 Hidrolizi için Aktif karbon Destekli Nano Metal Ru-Ni-B Katalizörün Sentezi ve Kinetik Değerlendirilmesi

Öz

İlk defa bu çalışmada, yöresel adı bıtım olan ve yörenin önemli gelir kaynaklarından biri sayılan doğal bıttım sabunu yapımında kullanıldıktan sonra geriye kalan tarımsal atık kısmından mikrodalga destekli aktif karbon sentezlenmiş (BAC) ve Ru-Ni-B katalizöründe destek maddesi olarak kullanılmıştır. Elde edilen katalizör Potasyum borhidrür (KBH4)’ün sudaki bozunma reaksiyonunda kullanılarak hidrojen elde etmek amaçlanmıştır. Çözelti sıcaklığı, KBH4 yüklemeleri ve katalizör miktarı gibi parametrelerin KBH4 çözeltilerinden hidrojen üretimi üzerindeki performansı araştırıldı. Ayrıca, Ru-Ni-B@BAC katalizörlerin karakteristik özellikleri, SEM-EDS, XRD gibi analitik teknikler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 30°C, 10ml çözelti ve farklı katalizör miktarları varlığında yapılan deneylerde katalizör miktarının artması ile hidroliz reaksiyonunun daha kısa sürede sonlandığını gözlemlenmiş. Sabit katalizör ve KBH4 miktarları ile farklı sıcaklıklar varlığında (20°C-50°C) yapılan deneylerde sıcaklığın artması ile reaksiyon süresinin kısaldığı ve hidrojen üretim hızının arttığı, ayrıca KBH4 konsantrasyonun artması ile de reaksiyon hızının arttığı gözlemlenmiştir. Daha önceki çalışmalardan edinen tecrübeye istinaden Ru bazlı katalizörlerde alkali ortamın artması ile aktivitenin düştüğü gözlemlenmişti Bu yüzden çalışmamızda %1 KOH kullanıldı. Süreci etkileyen kinetik parametreler test edilerek 30⁰C’de, 10 ml çözelti 25 mg katalizör %1 KBH4 koşullarda belirlenen Ru-Ni-B@BAC katalizörünün hidrojen üretim hızı 2638.08 ml (g kat dk)-1 olarak gözlemlendi. Ka 61.308 kjmol-1 olduğu tahmin edilmektedir.

Anahtar Kelimeler

Tarımsal atık , aktif karbon , Ni-Ru @BAC , KBH4 , Hidroliz

Proje Numarası

2020 SİÜ.EĞT.FAK.004

Kaynakça

• 1. Demir E, Akbayrak S, Önal AM, Özkar S. Ceria supported ruthenium (0) nanoparticles: Highly efficient catalysts in oxygen evolution reaction. J Colloid Interface Sci. 2019;534:704–10.
• 2. Kilinc D, Sahin O. Development of highly efficient and reusable Ruthenium complex catalyst for hydrogen evolution. Int J Hydrogen Energy. 2022;47(6):3876–85.
• 3. Liu CH, Chen BH, Hsueh CL, Ku JR, Jeng MS, Tsau F. Hydrogen generation from hydrolysis of sodium borohydride using Ni–Ru nanocomposite as catalysts. Int J Hydrogen Energy. 2009;34(5):2153–63.
• 4. Keskin MS, Ağırtaş MS, Baytar O, İzgi MS, Şahin Ö. Potasyum Borhidrit Hidroliz Reaksiyonu İçin Ni-BP Katalizörünün Kinetik Özellikleri. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2020;9(2):599–608.
• 5. Zhang J, Fisher TS, Gore JP, Hazra D, Ramachandran PV. Heat of reaction measurements of sodium borohydride alcoholysis and hydrolysis. Int J Hydrogen Energy. 2006;31(15):2292–8.
• 6. Bhattarai U, Maraseni T, Apan A. Assay of renewable energy transition: A systematic literature review. Sci Total Environ. 2022;155159.
• 7. Bu Y, Liu J, Chu H, Wei S, Yin Q, Kang L, et al. Catalytic Hydrogen Evolution of NaBH4 Hydrolysis by Cobalt Nanoparticles Supported on Bagasse-Derived Porous Carbon. Nanomaterials (Basel). 2021;11(12):3259.
• 8. Figen AK. Dehydrogenation characteristics of ammonia borane via boron-based catalysts (Co–B, Ni–B, Cu–B) under different hydrolysis conditions. Int J Hydrogen Energy. 2013;38(22):9186–97.
• 9. Xu D, Wang H, Guo Q, Ji S. Catalytic behavior of carbon supported Ni–B, Co–B and Co–Ni–B in hydrogen generation by hydrolysis of KBH4. Fuel Process Technol. 2011;92(8):1606–10.
• 10. Kilinc D, Sahin O. Ruthenium-Imine catalyzed KBH4 hydrolysis as an efficient hydrogen production system. Int J Hydrogen Energy. 2021;46(40):20984–94.
• 11. Patel N, Guella G, Kale A, Miotello A, Patton B, Zanchetta C, et al. Thin films of Co–B prepared by pulsed laser deposition as efficient catalysts in hydrogen producing reactions. Appl Catal A Gen. 2007;323:18–24.
• 12. Xu D, Dai P, Liu X, Cao C, Guo Q. Carbon-supported cobalt catalyst for hydrogen generation from alkaline sodium borohydride solution. J Power Sources. 2008;182(2):616–20.
• 13. Ramya K, Dhathathreyan K, Sreenivas J, Kumar S, Narasimhan S. Hydrogen production by alcoholysis of sodium borohydride. Int J Energy Res. 2013;37(14):1889–95.
• 14. Yan H, Cheng H, Yi H, Lin Y, Yao T, Wang C, et al. Single-atom Pd1/graphene catalyst achieved by atomic layer deposition: remarkable performance in selective hydrogenation of 1,3-butadiene. J Am Chem Soc. 2015;137(33):10484–7.
• 15. Sahiner N, Demirci S. Natural microgranular cellulose as alternative catalyst to metal nanoparticles for H2 production from NaBH4 methanolysis. Appl Catal B Environ. 2017;202:199–206.
• 16. Huang YH, Su CC, Wang SL, Lu MC. Development of Al2O3 carrier-Ru composite catalyst for hydrogen generation from alkaline NaBH4 hydrolysis. Energy. 2012;46(1):242–7.
• 17. Keskin M, Ağırtaş M, Şahin Ö, Horoz S. An efficient TiO2-supported ruthenium (Ru/TiO2) catalyst for electrochemical hydrogen generation from aqueous potassium borohydride. Dig J Nanomater Biostruct. 2020;15(2).
• 18. Zahmakıran M, Özkar S. Metal nanoparticles in liquid phase catalysis; from recent advances to future goals. Nanoscale. 2011;3(9):3462–81.
• 19. Simagina VI, Storozhenko PA, Netskina OV, Komova OV, Odegova GV, Larichev YV, et al. Development of catalysts for hydrogen generation from hydride compounds. Catal Today. 2008;138(3–4):253–9.
• 20. Wei S, Xue S, Huang C, Che B, Zhang H, Sun L, et al. Multielement synergetic effect of NiFe2O4 and h-BN for improving the dehydrogenation properties of LiAlH4. Inorg Chem Front. 2021;8(12):3111–26.
• 21. Kowalczyk Z, Jodzis S, Raróg W, Zieliński J, Pielaszek J. Effect of potassium and barium on the stability of a carbon-supported ruthenium catalyst for the synthesis of ammonia. Appl Catal A Gen. 1998;173(2):153–60.
• 22. Li Y, Zhang Q, Zhang N, Zhu L, Zheng J, Chen BH. Ru–RuO2/C as an efficient catalyst for the sodium borohydride hydrolysis to hydrogen. Int J Hydrogen Energy. 2013;38(30):13360–7.
• 23. Komanoya T, Kobayashi H, Hara K, Chun WJ, Fukuoka A. Catalysis and characterization of carbon-supported ruthenium for cellulose hydrolysis. Appl Catal A Gen. 2011;407(1–2):188–94.
• 24. Baytar O, Şahin Ö, Horoz S, Kutluay S. High-performance gas-phase adsorption of benzene and toluene on activated carbon: response surface optimization, reusability, equilibrium, kinetic, and competitive adsorption studies. Environ Sci Pollut Res Int. 2020;27(21):26191–210.
• 25. Girgis BS, Smith E, Louis MM, El-Hendawy ANA. Pilot production of activated carbon from cotton stalks using H3PO4. J Anal Appl Pyrolysis. 2009;86(1):180–4.
• 26. Özkar, S., & Zahmakıran, M. (2005). Hydrogen generation from hydrolysis of sodium borohydride using Ru (0) nanoclusters as catalyst. Journal of Alloys and Compounds, 404, 728-731.
• 27. Bozkurt, G., Özer, A., & Yurtcan, A. B. (2018). Hydrogen generation from sodium borohydride with Ni and Co based catalysts supported on Co3O4. International Journal of Hydrogen Energy, 43(49), 22205-22214.
• 28. Wu Y, Tiri RNE, Bekmezci M, Altuner EE, Aygun A, Mei C, et al. Synthesis of novel activated carbon-supported trimetallic Pt–Ru–Ni nanoparticles using wood chips as efficient catalysts for the hydrogen generation from NaBH4 and enhanced photodegradation on methylene blue. Int J Hydrogen Energy. 2023;48(55):21055–65.
• 29. Cao Y, Yang S, Liu P, Zhu Q, Zheng X. Nickel-promoted ruthenium nanocatalysts fo controllable hydrogen production from NH3BH3 hydrolysis. Appl Surf Sci. 2025;688:162345.
• 30. Wu, Y., Tiri, R. N. E., Bekmezci, M., Altuner, E. E., Aygun, A., Mei, C., ... & Sen, F. Synthesis of novel activated carbon-supported trimetallic Pt–Ru–Ni nanoparticles using wood chips as efficient catalysts for the hydrogen generation from NaBH4 and enhanced photodegradation on methylene blue. International Journal of Hydrogen Energy, 2023; 48(55), 21055-210