Karbondioksitin sabit yataklı bir reaktörde kalay elektrot üzerinde ve protik ortamda elektrokimyasal indirgenmesi

Abstract

oz Fosil enerji kaynaklarının hemen hepsinin yanma işlemindeki son ürün karbondioksittir ve atmosferdeki miktarı gittikçe artmaktadır. Karbon kaynağı olan bu bileşik, bitkiler tarafından kullanılabilir hale getirilmektedir (fotosentez). 1980'lerden itibaren CO2, yoğun bir şekilde değişik yöntemlerle indirgenmeye çalışılmaktadır. Fakat konuya ilişkin olarak henüz etkin bir yöntem bulunamadığı gibi, elde edilen ürünlerdeki verim de düşük kalmaktadır. Karbondioksitin indirgenmesinde en etkin yöntem elektrokimyasal indirgemedir. Burada da değişik zorluklarla karşılaşılmaktadır. Örneğin katodik akım şiddeti normal basınçta son derece düşüktür. Çözünürlük büyük problem oluşturmaktadır. Fakat en önemlisi indirgenme işlemi için kullanılan elektrokimyasal hücreler nafıon membranlarla ayrılmakta veya gaz difüzyon hücreleri kullanılmakta, bu da son derece yüksek yatırım maliyeti anlamına gelmektedir. Bu çalışmada, CO2'in protik ortamda ve Sn elektrot üzerinde elektrokimyasal indirgenme reaksiyonları gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada, Sn elektrodun, CO2 ile doyurulmuş karbonat ve bikarbonatlı çözeltileri içerisinde akım-voltaj diyagramları alınarak elektrokimyasal karakterizasyonları yapılmıştır. İkinci aşamada, yukarıda belirtilen sorunları en aza indirmek amacıyla yeni bir elektrokimyasal hücrenin tasarımı yapılmıştır. Sabit yataklı bu reaktörde granül halindeki elektrot malzemeleri kullanılarak karbondioksit indirgenmiştir. Faraday akım verimleri literatürde belirtilenlerden daha yüksektir. Karbonat ve bikarbonatlı sulu elektrolitlerde kalay granül elektrotların kullanılmasıyla selektif olarak sadece Formik asit oluştuğu tespit edilmiştir. Elektrolit olarak bikarbonat kullanıldığında akım verimi ve akım şiddeti değerleri, karbonat çözeltisindekinden daha yüksek olmaktadır. Anahtar Kelimeler: Karbondioksit, elektrokimyasal indirgenme, Sn elektrot

ABSTRACT Carbondioxide is the final production of almost all combustion process fossil energy resources and its amount in the atmosphere gradually increases. This compound, being carbon source, is get used by the plants (photosynthesis process). Since 1980 s, carbondioxide has been tried to be reduced through intensive studies. But yet an effective process has not been determined and the efficiency of the maintained products are detected to be low. Most effective process in the reducement of the carbondioxide is electrochemical reduction. Some difficulties are faced in this process. For instance, cathodic current density under normal pressure is quite low. Solubility is another major problem. But the most important point is that the electrochemical cells used for this reduction process seperate from the Naphion® membranes or gas diffusion cells are used which mean quite higher cost figures for investment. In this study, the electrochemical reduction reaction of the carbondioxide, in aqueous medium and on Sn electrode, was carried out. In the first step, current- density potential diagram of the Sn electrodes- in the carbonate saturated with carbondioxide and bicarbonated solutions - the electrochemical characterization has been established. In the second step, a new design for the electrochemical cell was used to minimize the above mentioned problems. In this bed-fixed reactor, CO2 was reduced using the electrode materials in granule phase. Faraday current efficiency was over the values mentioned in literature. Using the tin granule electrodes in carbonate and bicarbonated aqua electrolytes, formation of formic acid was detected selectively. When bicarbonate was used as electrolyte, current efficiency and curret density values were found to be higher than the values in carbonate solution. Key Words: Carbondioxide, electrochemical reduction, Sn electrode