| Περίληψη: | Η αύξηση της συμμετοχής των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην παραγωγή ενέργειας σε παγκόσμιο επίπεδο αποτελεί το βασικό μοχλό για την επίτευξη του στόχου της μείωσης των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου και της αειφόρου ανάπτυξης.
Τις τελευταίες δεκαετίες πραγματοποιείται εκτεταμένη μελέτη που αφορά την αντίδραση της ξηρής αναμόρφωσης (DR: Dry Reforming) του μεθανίου με στόχο την παραγωγή υδρογόνου ή αερίου σύνθεσης. Η αντίδραση αυτή περιλαμβάνει τη μετατροπή δύο πρώτων υλών που περιέχουν άνθρακα και συγκεκριμένα του μεθανίου (CH4) και του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) σε χρήσιμα προϊόντα. Και οι δύο αυτές πρώτες ύλες βρίσκονται σε αφθονία, έχουν πολύ χαμηλό κόστος και αποτελούν τα σημαντικότερα θερμοκηπικά αέρια. Στη διεργασία αυτή αν και οι καταλύτες νικελίου είναι ευρέως χρησιμοποιούμενοι, αφού παρουσιάζουν αυξημένη δραστικότητα και χαμηλό κόστος, ωστόσο το κύριο μειονέκτημά τους είναι η έντονη συσσώρευση άνθρακα που οδηγεί στην απενεργοποίησή τους.
Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η διερεύνηση της επίδρασης του παλλαδίου σε καταλύτες Ni/Al2O3 ως προς τις φυσικοχημικές ιδιότητες και την επίδοσή τους (δραστικότητα, εκλεκτικότητα και εναπόθεση άνθρακα) στην ξηρή αναμόρφωση του CH4.
Η σύνθεση των διμεταλλικών καταλυτών NiPd/Al2O3 έγινε με τη μέθοδο του υγρού συνεμποτισμού, ακολουθούμενη από πύρωση στον αέρα στους 550οC για 4h. Η ενεργοποίηση των καταλυτών πραγματοποιήθηκε με θερμοπρογραμματισμένη αναγωγή μέχρι τους 800οC όπου παρέμειναν για 1h. Όλοι οι ανηγμένοι καταλύτες περιείχαν 10%wt Ni, ενώ οι φορτίσεις παλλαδίου ήταν: 0, 0,2, 0,6 και 1,0%wt Pd. Οι φυσικοχημικές ιδιότητες των δειγμάτων μελετήθηκαν τόσο στην οξειδική και ανηγμένη μορφή τους, όσο και μετά την χρήση τους στην διεργασία DRM. Η υφή των δειγμάτων προσδιορίστηκε με προσρόφηση – εκρόφηση Ν2 στην θερμοκρασία υγροποίησής του (BET, BJH) ενώ η δομή τους με περίθλαση των ακτίνων-Χ (XRD). Η αναγωγιμότητα των καταλυτών μελετήθηκε με Η2–TPR ενώ η αξιολόγηση των ενεργοποιημένων (ανηγμένων) καταλυτών ως προς την καταλυτική τους συμπεριφορά στην DRM έγινε σε αντιδραστήρα σταθερής κλίνης στους 700οC και 1atm. Η τροφοδοσία (W/F = 0.1 g s mL−1) αποτελούνταν από 50% CH4 και 50% CO2. Για τον προσδιορισμό της ποσότητας και της δομής των ανθρακούχων αποθέσεων στην επιφάνεια των καταλυτών μετά από 24h αντίδρασης χρησιμοποιήθηκε η θερμοπρογραμματισμένη οξείδωση (TPO) και η XRD.
Η τροποποίηση του καταλύτη Ni/Al2O3 με παλλάδιο, για την περιοχή των μικρών ποσοστών που χρησιμοποιήθηκε, δεν επηρεάζει τα χαρακτηριστικά υφής του (ειδική επιφάνεια, πορώδες και κατανομή μεγέθους πόρων) τόσο στην οξειδωμένη όσο και στην ανηγμένη κατάσταση. Σε όλα τα οξειδωμένα δείγματα ανιχνεύτηκε κρυσταλλικό NiO, ενώ PdO μόνο στο δείγμα με το μεγαλύτερο ποσοστό Pd. Η τροποποίηση με Pd αυξάνει σημαντικά την αναγωγιμότητα των καταλυτών ήδη από την χαμηλότερη φόρτιση σε Pd (0.2wt%). Η μελέτη των ενεργοποιημένων (ανηγμένων) καταλυτών με XRD έδειξε ότι η τροποποίηση με Pd οδηγεί σε ενσωμάτωση ατόμων παλλαδίου στο κρυσταλλικό πλέγμα του μεταλλικού νικελίου και βελτιώνει σημαντικά τη διασπορά του μεταλλικού νικελίου. Οι διμεταλλικοί καταλύτες εμφάνισαν παρόμοια δραστικότητα και εκλεκτικότητα με τον Ni/Al2O3, αλλά σημαντικά εντονότερη απόθεση γραφιτικού άνθρακα. Η μελέτη με XRD έδειξε ότι η βελτιωμένη διασπορά του νικελίου που παρατηρήθηκε στους ανηγμένους καταλύτες δεν διατηρείται κάτω από συνθήκες αντίδρασης. Η καλή συσχέτιση μεταξύ μεγέθους κρυσταλλιτών Ni στα χρησιμοποιημένα δείγματα και ποσότητας ανθρακούχων αποθέσεων υποδεικνύει ότι η κύρια αιτία για την αυξημένη απόθεση άνθρακα στους διμεταλλικούς καταλύτες NiPd/Al2O3 είναι ότι οι τροποποιημένοι με παλλάδιο κρυσταλλίτες νικελίου είναι πιο επιρρεπείς στην συσσωμάτωση απ’ ότι οι μη τροποποιημένοι.
|
|---|
