Manisa-Gördes yöresi klinoptilolitinin benzinli motorlarda kullanımı üzerine bir araştırma

Abstract

ÖZET: Anahtar Kelimeler: Doğal Zeolit, Klinoptilolit, Benzinli Motor, Katalizör, Egzoz Emisyonları. Son yıllarda otomobillerde fakir karışımlı benzin motoru uygulamaları giderek artmaktadır. Fakir karışımlı benzin motoru yüksek hava/yakıt oranında yakıt ekonomisini iyileştirmektedir. Ancak fazla oksijenli egzoz gazlarından azotoksitleri indirgemek oldukça güçtür. Bu amaçla zeolit katalizörlerle ilgili çalışmalar artmıştır. Bu çalışmada Türkiye'de oldukça fazla miktarda rezervi bulunan klinoptilolit türü doğal zeolit, iyon değiştirme özelliğinden faydalanılarak benzinli motorlarda kullanılmak üzere katalizör olarak hazırlanmıştır. Manisa-Gördes yöresinden temin edilen doğal zeolitin XRF cihazında kimyasal analizi yapılarak ve X ışınları difraksiyonu (XRD) çekilerek klinoptilolit türü zeolit olduğu belirlenmiştir. Katalitik etki yapacak metal olarak bakır (Cu) seçilmiştir. Çeşitli kimyasal işlemler sonucunda 9245 ppm (yaklaşık olarak %0,93) bakır iyon değiştirme işlemi sonucunda zeolit üzerinde bırakılmıştır. Yapılan her kimyasal işlem sonunda zeolitlerin XRF kimyasal analizi yapılmış ve zeolitlerin katalitik etkisi üzerinde etkili olan Si/Al oranlan hesaplanmıştır. Ayrıca zeolitin katalizörlerin önemli özelliklerinden olan BET yüzey alanı da ölçülerek benzinli motorlarda kullanım amaçlı ve egzoz emisyonlarında etkili olabilecek iyon değişimi yapılmış klinoptilolit türü zeolit katalizör hazırlanmıştır. İyon değişimi yapılmış zeolit katalizör 182 cm3 hacmindeki tek silindirli 4 zamanlı bir benzin motoru egzozunda denenmiştir. Bakır iyonu değişimi yapılmış zeolitler egzoz borusu üzerine konulan bir kolon içerisine yerleştirilmiştir. Karbomonoksit (CO), hidrokarbon (HC) ve karbondioksit (CO2) emisyonları zeolit katalizör olmadan ve zeolit katalizörlü olarak motor boşta iken ve motor tam yükte iken değişik devirlerde ölçülmüştür. Karbonmonoksit ve hidrokarbon emisyonlarında zeolit katalizörlü çalışmada motorun boşta ve tam yükteki çalışmasında katalizörsüz çalışmaya göre düşüş gözlenmiştir. Karbondioksit emisyonlarında ise zeolit katalizörlü çalışmada katalizörsüz çalışmaya göre motorun boşta ve motor tam yükte iken artış olmuştur. Elde edilen deney sonuçlar grafikler ve tablolar şeklinde düzenlenerek verilmiştir. Maksimum emisyon azalma değerleri motorun boşta çalışmasında elde edilmiştir. Karbonmonoksit emisyonundaki maksimum azalma 2300 d/d'da %39,5 ve hidrokarbon emisyonlarındaki maksimum azalma 1500 d/d'da %31,5 olarak elde edilmiştir.

AN INVESTIGATION ABOUT THE USE OF MANISA-GORDES CLINOPTILOLITE AS A CATALYST IN THE GASOLINE ENGINES SUMMARY Key words: Natural Zeolite, Clinoptilolite, Gasoline Engine, Catalyst, Exhaust Emissions. Practical aplication of lean burn gasoline engines for passenger cars has been increasing in recent years. The lean burn gasoline engine is operated under high air/fuel (A/F) ratio to improve fuel economy. However reduction of NOx from the exhaust under oxygen rich condition is very difficult to achieve. For this purpose, the studies on zeolite catalysts are increasing. In this study, natural zeolite of clinoptilolite type, which Turkey has considerable reserves, prepared for use as a catalyst in gasoline engines due to its, ion exchangeability. Natural zeolite obtained from Manisa-Gordes area were chemically analysed in XRF (X-Ray Fleuresant) and XRD (X-Ray Difraction) analysis proved that it is of clinoptilolite type. Copper (Cu) were selected as catalyst metal. As a result of various chemical treatments, 9245 ppm (about 0.93%) copper were deposited on zeolite by ion exchange. After each chemical treatment, zeolites were chemically analysed by XRF and Si/Al rates effective on catalytical effect of zeolites were determined. BET surface area, an important feature of zeolite catalyst, was also measured. As a result, ion exchanged clinoptilolite type zeolite catalyst, which were aimed to be used at gasoline engines and can be effective in exhaust emissions, were prepared. Ion-exchanged zeolite catalyst was tested at an engine that 4-stroke, one cylinder, air cooled, S.Lengine with displacement volume of 183 cc. Copper ion exchanged zeolites were placed at a cylindirical column that is inserted at exhaust pipe. Carbonmonoxide (CO), hydrocarbon (HC), and carbondioxide (C02) emissions were measured with zeolite catalyst and without zeolite catalyst and at unloaded engine and at fully loaded engine at different rpm (revolution per minute). The emission results show that the presence of the zeolite catalyst shows lower hydrocarbon and carbonmonoxide and higher carbondioxides emissions for both unloaded engine and fully loaded engine. Experiment results have been given in graphics and tables. Maximum exhaust emission efficiencies were achieved at unloaded engine. Maximum carbonmonoxide conversion efficiency achieved was 39,5% at 2300 rpm at unloaded engine. Maximum hydrocarbon conversion efficiency achieved was 31,5% at 1500 rpm at unloaded engine operation. XV