Σύνθεση και αξιολόγηση καταλυτών νικελίου στηριγμένων σε οξείδιο του αργιλίου για τη μετατροπή χρησιμοποιημένων ελαίων σε ανανεώσιμο ντίζελ

• Κύριος συγγραφέας: Νικολόπουλος, Ιωάννης
• Άλλοι συγγραφείς: Κορδούλης, Χρήστος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2017
• Θέματα: Καταλύτες; Βιομάζα; Τηγανέλαια; Εκλεκτική αποξυγόνωση; Πράσινο ντίζελ; Νικέλιο; Οξείδιο του αργιλίου; Catalysts; Biomass; Waste cooking oils; Selective deoxygenation; Green diesel; Nickel; Aluminum oxide; 662.87

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε μια σειρά καταλυτών νικελίου, στηριγμένων σε οξείδιο του αργιλίου, με διάφορες περιεκτικότητες σε νικέλιο (40-90% κ.β.) για τη μετατροπή τηγανελαίου σε ανανεώσιμο ντίζελ (Green Diesel), μέσω εκλεκτικής αποξυγόνωσης που επιτυγχάνεται με υδρογονοεπεξεργασία. Η πορεία των πειραμάτων χωρίστηκε σε τρείς μεγάλες ενότητες. Τη μελέτη και το φυσικοχημικό χαρακτηρισμό της βιομάζας (τηγανέλαια), τη σύνθεση και το χαρακτηρισμό των καταλυτών νικελίου και τέλος των καταλυτικών δοκιμών με σκοπό την αξιολόγηση των παραπάνω καταλυτών για την παραγωγή υδρογονανθράκων. Για τη συγκεκριμένη βιομάζα, η οποία μελετήθηκε για πρώτη φορά στο εργαστήριο, ακολουθήθηκε μια σειρά καθαρισμού με διηθήσεις και φυγοκεντρίσεις και εν συνεχεία μια σειρά αναλύσεων (TGA, ATR, GC-MS, πειραματικός προσδιορισμός βαθμού ιωδίου, οξύτητας και κινηματικού ιξώδους) με σκοπό τον προσδιορισμό των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών της. Οι καταλύτες παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο της συγκαθίζησης από υδατικό διάλυμα νιτρικών αλάτων νικελίου και αργιλίου σε αλκαλικό περιβάλλον (pH=8) καιχαρακτηρίστηκαν με τη μέθοδο ρόφησης - εκρόφησης αζώτου σε θερμοκρασία υγρού αζώτου, για τον προσδιορισμό της ειδικής επιφάνειας και της κατανομής του μεγέθους των πόρων, με τη μέθοδο περίθλασης ακτίνων Χ, για τον προσδιορισμό του είδους και του μεγέθους των σχηματισθέντων νανοκρυστάλλων, με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης σε συνδυασμό με φασματοσκοπία ακτίνων-Χ, για τον προσδιορισμό της μορφολογίας και της κατανομής του νικελίου σε χιλιοστομετρική και μικρομετρική κλίμακα και τέλος με ηλεκτρονική μικροσκοπία διέλευσης, για τη μελέτη των νανοκρυστάλλων σε νανομετρική κλίμακα. Η αξιολόγηση των καταλυτών διεξήχθη σε αντιδραστήρα ημιδιαλείποντος έργου στους 310 °C και σε μερική πίεση υδρογόνου 40 atm. Η κάθε καταλυτική δοκιμή διήρκησε 9 ώρες. Τέλος οι παραγόμενες ουσίες ταυτοποιήθηκαν με τη χρήση προτύπων ουσιών και αέρια χρωματογραφία-φασματομετρία μάζας, ενώ η απόδοση της αντίδρασης σε υδρογονάνθρακες προσδιορίσθηκε με αέρια χρωματογραφία. Γενικά τα τηγανέλαια χαρακτηρίζονται από ανόμοια σύσταση, απαιτούν προσεκτικό καθαρισμό και χρήζουν περαιτέρω μελέτης ενώ οι καταλύτες νικελίου εμφάνισαν πολύ καλή καταλυτική συμπεριφορά. Ειδικότερα, η δραστικότητα των καταλυτών φάνηκε πως εξαρτάται από την περιεκτικότητά τους σε νικέλιο, την ειδική τους επιφάνεια και την διάμετρο των πόρων, αφού η φύση των τηγανελαίων είναι τέτοια που απαιτεί εύκολη πρόσβαση των μεγάλων μορίων τους στις δραστικές θέσεις του καταλύτη. Ο καταλύτης με περιεκτικότητα 80% σε νικέλιο επέδειξε την υψηλότερη δραστικότητα με τη χρήση τηγανελαίων ως πρώτη ύλη, σε αντίθεση με τον καταλύτη περιεκτικότητας 60% κατά βάρος σε νικέλιο που επέδειξε την υψηλότερη δραστικότητα με τη χρήση φρέσκου ηλιελαίου. Ενώ και στις δυο περιπτώσεις επετεύχθη πλήρη μετατροπή των αρχικών τριγλυκεριδίων.