| Περίληψη: | Σκοπός της παρούσας ερευνητικής εργασίας είναι η μελέτη της καταλυτικής ενεργοποίησης του CO2 με υδρογόνο για την παραγωγή μεθανόλης. Συγκεκριμένα, μελετάται η ανάπτυξη και ο χαρακτηρισμός καταλυτών μικτών οξειδίων του τύπου CuO/ZnO/MxOy για την παραγωγή μεθανόλης από την υδρογόνωση του CO2 καθώς και η κινητική της εν λόγω αντίδρασης.
Αρχικά, εξετάστηκε η επίδραση της φύσης του τρίτου οξειδίου (MxOy) στην καταλυτική ενεργότητα. Για τους καταλύτες CuO/ZnO/MxOy, προκύπτει ότι η ενεργότητα και η εκλεκτικότητα τους εξαρτώνται σημαντικά από τη φύση του οξειδίου MxOy. Οι καταλύτες CuO/ZnO/Al2O3 και CuO/ZnO/Ga2O3 παρουσίασαν την υψηλότερη απόδοση προς CH3OH, μεγαλύτερη και συγκρίσιμη αντίστοιχα με αυτήν του εμπορικού καταλύτη, ενώ οι καταλύτες CuO/ZnO/Al2O3 και CuΟ/ZnΟMnΟ παρουσίασαν την υψηλότερη μετατροπή του CO2. Για τους καταλύτες CuO/ZnO/MxOy/Al2O3, προκύπτει ότι η ενεργότητα τους αυξάνεται σε σύγκριση με τον καταλύτη CuO/ZnO/Al2O3. Ο καταλύτης CuO/ZnO/La2O3/Al2O3 παρουσίασε την υψηλότερη απόδοση προς CH3OH.
Η επίδραση της σύστασης και της περιεκτικότητας του τρίτου οξειδίου μελετήθηκε σε καταλύτες CuO/ZnO/Ga2O3, CuO/ZnO/Ga2O3/Al2O3 και CuO/ZnO/La2O3/Al2O3. Για τους καταλύτες CuO/ZnO/Ga2O3 και CuO/ZnO/Ga2O3/Al2O3 προκύπτει ότι αύξηση της περιεκτικότητας σε Ga2O3 ή Ga2O3/Al2O3, αντίστοιχα, μέχρι ένα ποσοστό οδηγεί σε αύξηση της απόδοσης προς CH3OH, ενώ επιπλέον αύξηση της περιεκτικότητας οδηγεί σε μείωση της απόδοσης. Για τους καταλύτες CuO/ZnO/La2O3/Al2O3, προκύπτει ότι η παρουσία ίσων ποσοτήτων La2O3 και Al2O3 οδηγεί στην υψηλότερη απόδοση προς CH3OH.
Στη συνέχεια, εξετάστηκε η επίδραση της πίεσης στην καταλυτική ενεργότητα και βρέθηκε ότι αύξηση της πίεσης οδηγεί σε αύξηση τόσο της μετατροπής του CO2 όσο και της απόδοση προς CH3OH. Ο καταλύτης CuO/ZnO/Al2O3 παρουσίασε την υψηλότερη απόδοση προς CH3OH, ενώ οι καταλύτες CuO/ZnO/Al2O3 και CuO/ZnO/La2O3/Al2O3 παρουσίασαν την υψηλότερη μετατροπή του CO2. Για τους καταλύτες CuO/ZnO/Ga2O3/Al2O3 προκύπτει ότι αύξηση της περιεκτικότητας σε Ga2O3/Al2O3 οδηγεί σε μείωση τόσο της μετατροπής του CO2 όσο και της απόδοσης προς CH3OH.
Η κινητική μελέτη της αντίδρασης σύνθεσης της μεθανόλης από την υδρογόνωση του CO2, σε καταλύτες CuZnAl και CuZnLaAl, έδειξε ότι αύξηση της συγκέντρωσης του CO2 ή του Η2 στην τροφοδοσία οδηγεί σε αύξηση του ρυθμού κατανάλωσης του CO2 και του ρυθμού παραγωγής CH3OH. Τα κινητικά αποτελέσματα και για τους δύο καταλύτες προσαρμόζονται ικανοποιητικά σε εξισώσεις αρχικού ρυθμού που βασίζονται σε μηχανισμό ο οποίος περιλαμβάνει ρόφηση των CO2 και CO σε θέσεις s1, ρόφηση των H2 και Η2Ο σε θέσεις s2, σχηματισμό φορμικών ειδών στις θέσεις s1, ενώ θεωρεί αμελητέα την ρόφηση της μεθανόλης.
Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον «σχεδιασμό» και την ανάπτυξη ενός αποτελεσματικού καταλυτικού συστήματος για την παραγωγή μεθανόλης από την υδρογόνωση του CO2.
|
|---|
