Vanadyum, molibden ve niobyum ile aktifleştirilmiş MCM-41 katalizörlerinin sentezi ve karakterizasyonu

Abstract

Düzgün gözenek boyut dağılımı ve yüksek yüzey alanına sahip MCM-41daha çok katalizör, katalizör desteği ve adsorbent olarakkullanılmaktadır. Bu tip malzemeler yeteri kadar katalitik aktiviteyesahip olmadıkları için metal/metal oksitler kullanılarak silis yapısınınmodifikasyonu ile katalitik aktiviteleri yükseltilebilmektedir.Bu çalışmanın amacı vanadyum, molibden ve niobyum kaynağı ileaktifleştirilmiş MCM-41 katalizörlerinin sentezi ve yapısal özelliklerininbelirlenmesidir. Bu amaç doğrultusunda yapısında farklı metal/silisyummol oranlarında (0,03<V/Si<0,06; 0,03<Mo/Si<0,06; Nb=0,03) vanadyum,molibden ve niobyum kaynaklarının kullanımıyla V-, Nb-, V+Mo- veV+Mo+Nb-MCM-41 katalizörleri doğrudan hidrotermal sentez yöntemi ilesentezlenmiştir. XRD analiz sonuçları, MCM-41'i aktifleştirmek içinyapıya yerleştirilen metal kaynağının MCM-41'in karakteristik yapısınıbozmadığını gösterirken, EDS analiz sonuçları MCM-41 yapısınabağlanan vanadyum miktarının, V/Si mol oranı artışıyla arttığını,molibdenin ise tam tersine Mo/Si mol oranı artışıyla azaldığınıgöstermiştir. Niobyum tuzu yüklemesi ile elde edilen katalizörlerde iseNb metalinin katalizör içerisinde bölgesel dağıldığı görülmüştür. VMCM-41 katalizörlerinde yapıdaki V/Si mol oranının artışıyla spesifik,BJH, ve mikrogözenek yüzey alanlarının sırasıyla 1096 m2/g, 598 m2/g,795 m2/g'dan 397 m2/g, 205 m2/g, 261 m2/g'a, V+Mo-MCM-41katalizörlerinde V+Mo/Si mol oranının artışıyla 1098 m2/g, 193 m2/g, 943m2/g'dan, 888 m2/g, 146 m2/g, 756 m2/g'a düştüğü belirlenmiştir.V+Mo+Nb-MCM-41 ve Nb-MCM-41 katalizörlerinde ise bu değerlersırasıyla 1193 m2/g, 1310 m2/g ve 273 m2/g, 220 m2/g ve 906 m2/g, 1100m2/g olarak bulunmuştur. Mikro ve mezogözenek hacimleri V-MCM-41katalizörlerinde V/Si mol oranının artışıyla sırasıyla 0,70 cm3/g, 1,23cm3/g'dan, 0,19 cm3/g, 0,52 cm3/g'a, V+Mo-MCM-41 katalizörlerindeV+Mo/Si mol oranının artışıyla sırasıyla 0,78 cm3/g, 1,04 cm3/g'dan, 0,62cm3/g, 0,88 cm3/g'a düştüğü belirlenmiştir. V+Mo+Nb- ve Nb-MCM-41katalizörlerinde ise bu değerlerin sırasıyla 0,63 cm3/g, 0,64 cm3/g ve 1,28cm3/g ve 0,93 cm3/g olduğu bulunmuştur. Katalizörlerin yapısındakimetal/Si mol oranının artışıyla BJH-ortalama mezogözenek genişliği veSF-ortalama mikrogözenek genişliğinin sırasıyla 25 Å'dan 28 Å'a ve 5Å'dan 11 Å'a yükseldiği belirlenmiştir. DA-metot ile belirlenen ortalamamikrogözenek genişliğinin ise tüm katalizörler için yaklaşık 17 Å olduğubulunmuştur. Numunelere ait TEM fotoğraflarından gözeneklerindüzgün hekzagonal paketçikler şeklinde dağıldığı gözlenmiştir.

MCM-41 having regular pore dimension distribution and high surfacearea was used as catalyst, catalyst support and adsorbent. Catalyticactivity of these materials can be improved by modifying silicastructure with metal/metal oxides.Aim of this study is to synthesize MCM-41 catalyst activated withvanadium, molibdenum and niobium sources and to determinestructural properties of MCM-41 catalyst. In this way, V-, Nb-, V+Mo- veV+Mo+Nb-MCM-41 catalysts having different metal/silica mole ratios inthe structure (0,03<V/Si<0,06; 0,03<Mo/Si<0,06; Nb=0,03) by usingvanadium, molibdenum and niobium salts were synthesized by meansof direct hydrothermal synthesis. XRD analysis showed that metalsources that incorporated into structure in order to make MCM-41active did not change /deteriorate characteristic structure of MCM-41. Itwas observed from EDS analysis that vanadium amount into MCM-41structure increased with increase of V/Si mole ratio, on the other handmolibdenum amount decreased with increase of Mo/Si mole ratio.Regional distribution of metal was observed in catalyst loaded withniobium. It was determined that by increasing of V/Si mole ratio in thestructure of V-MCM-41 catalyses; specific, BJH, mıcropore surfaceareas decrease from 1096 m2/g, 598 m2/g, 795 m2/g to 397 m2/g, 205m2/g, 261 m2/g respectively, and by increase of V+Mo/Si mole ratio inthe structure of V+Mo-MCM-41 catalyses, these values decrease from1098 m2/g, 193 m2/g, 943 m2/g to 888 m2/g, 146 m2/g, 756 m2/grespectively. These values were also found as; 1193 m2/g, 1310 m2/gand 273 m2/g, 220 m2/g and 906 m2/g, 1100 m2/g respectively forV+Mo+Nb-MCM-41 and Nb-MCM-41 catalyses. It was observed that, byincrease of V/Si mole ratio in the V-MCM-41 catalyses; micro andmesopore volumes decrease from 0,70 cm3/g, 1,23 cm3/g to 0,19 cm3/g,0,52 cm3/g respectively, and by increase of V+Mo/Si mole ratio in theV+Mo-MCM-41 catalyses, these values decrease from 0,78 cm3/g, 1,04cm3/g to 0,62 cm3/g, 0,88 cm3/g respectively. These values were alsofound as; 0,63 cm3/g, 0,64 cm3/g and 1,28 cm3/g and 0,93 cm3/grespectively for V+Mo+Nb-MCM-41 and Nb-MCM-41 catalyses. It wasobtained that by increase of metal/Si atomic ratio in the structure ofcatalyses average BJH- mesopore width and average SF- microporewidth increase from 25 Å to 28 Å and 5 Å to 11 Å respectively. Averagemicropore width determined by DA-method was founded as almost 17 Åfor all samples. It was observed from TEM pictures that pores weredistributed as regular hexagonal packages.