Καταλυτική υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα για την παραγωγή χρήσιμων χημικών ενώσεων
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 κα...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2018
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/11113 |
| id |
nemertes-10889-11113 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Υδρογόνωση διοξειδίου του άνθρακα Παραγωγή μεθανόλης Καταλύτες μικτών οξειδίων CO2 hydrogenation Methanol production Catalysts of metal oxides CuO/ZnO/MxOy 662.662 2 |
| spellingShingle |
Υδρογόνωση διοξειδίου του άνθρακα Παραγωγή μεθανόλης Καταλύτες μικτών οξειδίων CO2 hydrogenation Methanol production Catalysts of metal oxides CuO/ZnO/MxOy 662.662 2 Ραμαντάνη, Θεοδώρα Καταλυτική υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα για την παραγωγή χρήσιμων χημικών ενώσεων |
| description |
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. |
| author2 |
Κονταρίδης, Δημήτριος |
| author_facet |
Κονταρίδης, Δημήτριος Ραμαντάνη, Θεοδώρα |
| format |
Thesis |
| author |
Ραμαντάνη, Θεοδώρα |
| author_sort |
Ραμαντάνη, Θεοδώρα |
| title |
Καταλυτική υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα για την παραγωγή χρήσιμων χημικών ενώσεων |
| title_short |
Καταλυτική υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα για την παραγωγή χρήσιμων χημικών ενώσεων |
| title_full |
Καταλυτική υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα για την παραγωγή χρήσιμων χημικών ενώσεων |
| title_fullStr |
Καταλυτική υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα για την παραγωγή χρήσιμων χημικών ενώσεων |
| title_full_unstemmed |
Καταλυτική υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα για την παραγωγή χρήσιμων χημικών ενώσεων |
| title_sort |
καταλυτική υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα για την παραγωγή χρήσιμων χημικών ενώσεων |
| publishDate |
2018 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/11113 |
| work_keys_str_mv |
AT ramantanētheodōra katalytikēydrogonōsētoudioxeidioutouanthrakagiatēnparagōgēchrēsimōnchēmikōnenōseōn AT ramantanētheodōra catalytichydrogenationofcarbondioxidetovaluablechemicals |
| _version_ |
1771297339009400832 |
| spelling |
nemertes-10889-111132022-09-05T20:25:39Z Καταλυτική υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα για την παραγωγή χρήσιμων χημικών ενώσεων Catalytic hydrogenation of carbon dioxide to valuable chemicals Ραμαντάνη, Θεοδώρα Κονταρίδης, Δημήτριος Βερύκιος, Ξενοφών Παπαδοπούλου, Χριστίνα Ramantani, Theodora Υδρογόνωση διοξειδίου του άνθρακα Παραγωγή μεθανόλης Καταλύτες μικτών οξειδίων CO2 hydrogenation Methanol production Catalysts of metal oxides CuO/ZnO/MxOy 662.662 2 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. The purpose of this research is the catalytic activation of CO2 for methanol production. The present study investigates the development and characterization of mixed oxides catalysts (CuO/ZnO/MxOy). A kinetic model, has also been developed in order to better understand the kinetics of the reaction. The effects of the structural and morphological properties of the third oxide (MxOy) on the catalytic performance was investigated in detail. For CuO/ZnO/MxOy catalysts, activity and selectivity was found to depend on the nature of MxOy. The CuO/ZnO/Al2O3 and CuO/ZnO/Ga2O3 catalysts showed the highest yield of CH3OH, greater than that of the commercial catalyst, while CuO/ZnO/Al2O3 and CuO/ZnO/MnO showed the highest conversion of CO2. Results obtained for CuO/ZnO/MxOy/Al2O3 catalysts show that their activity was higher compared to that of CuO/ZnO/MxOy catalysts. The best results concerning the yield of methanol are achieved by the CuO/ZnO/La2O3/Al2O3 catalyst. The effects of the composition and content of the third oxide on catalytic performance was studied over CuO/ZnO/Ga2O3, CuO/ZnO/Ga2O3/Al2O3 and CuO/ZnO/La2O3/Al2O3 catalysts. For CuO/ZnO/Ga2O3 and CuO/ZnO/Ga2O3/Al2O3 catalysts, it appears that the yield of methanol increases to some extent with increasing Ga2O3 or Ga2O3/Al2O3 content. Results obtained over CuO/ZnO/La2O3/Al2O3 catalysts show that the presence of equal quantities of La2O3 and Al2O3 leads to materials with the highest yield of CH3OH. The effect of total pressure on catalytic activity was then examined. Both CO2 conversion and yield of CH3OH increase with increasing pressure. The CuO/ZnO/Al2O3 catalyst showed the highest yield of methanol, while CuO/ZnO/Al2O3 and CuO/ZnO/La2O3/Al2O3 catalysts showed the highest conversion of CO2. For CuO/ZnO/Ga2O3/Al2O3 catalysts, both CO2 conversion and yield of CH3OH decrease with an increase in Ga2O3/Al2O3 ratio. Results of kinetic experiments show that the reaction rate increases with increasing partial pressures of CO2 and Η2. The kinetic results were modelled by a rate expression based on a reaction mechanism that involves adsorption of CO2 and CO on the s1-sites, adsorption of H2 και Η2Ο on the s2-sites and formation of formate species on the s1-sites. However, the adsorption of CH3OH is assumed to be negligible. The results of the present study may be used to develop an active and stable catalyst for the production of methanol from CO2 hydrogenation. 2018-03-02T12:06:05Z 2018-03-02T12:06:05Z 2017-11-11 Thesis http://hdl.handle.net/10889/11113 gr 0 application/pdf |
