| Περίληψη: | Η κατανόηση των φαινομένων που συμβαίνουν όταν υλικά βρίσκονται υπό μορφή σωματιδίων μερικών νανομέτρων, έχει οδηγήσει στην αλματώδη ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας σε πολλούς επιστημονικούς κλάδους. Ως αποτέλεσμα, κατά την τελευταία δεκαετία παρατηρείται αύξηση της χρήσης νανoϋλικών σε διάφορους τομείς της καθημερινής μας ζωής. Μια από τις επιστήμες που βασίζεται στις ιδιότητες των νανοδομημένων υλικών είναι και η ετερογενής κατάλυση, με πολλές εφαρμογές όπως π.χ. οι καταλύτες αυτοκινήτων.
Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας μελετήθηκαν νανοδομημένα καταλυτικά υλικά για την αναμόρφωση του βιοαερίου (το κύριο προϊόν της αποσύνθεσης της βιομάζας). Το βιοαέριο αποτελείται κυρίως από μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα. Το ενδιαφέρον για αποτελεσματικότερη αξιοποίηση του, ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, έχει αυξηθεί κατακόρυφα στα πλαίσια της βιώσιμης ανάπτυξης. Μια από τις περισσότερο υποσχόμενες διεργασίες για την εκμετάλλευσή του είναι η ξηρή αναμόρφωση του μεθανίου (DRM) προς αέριο σύνθεσης, είτε για την εκμετάλλευση του υδρογόνου ή για την παραγωγή άλλων υγρών φορέων ενέργειας. Η ξηρή αναμόρφωση του μεθανίου είναι μια διεργασία φιλική προς το περιβάλλον καθώς το μεθάνιο και το διοξείδιο του άνθρακα, που αξιοποιεί ως αντιδρώντα, αποτελούν θερμοκηπικά αέρια (συμβάλλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου). Δυστυχώς όμως η διεργασία έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα που εμποδίζει την εφαρμογή της. Είναι η ταχεία απενεργοποίηση των καταλυτών λόγω του σχηματισμού ανθρακούχων αποθέσεων.
Έχουν πραγματοποιηθεί πολλές μελέτες με στόχο την ανάπτυξη κατάλληλων καταλυτών για την διεργασία DRM χρησιμοποιώντας ως δραστικές φάσεις κυρίως ευγενή μέταλλα, ή νικέλιο καθώς τα τελευταία χρόνια και κοβάλτιο με διάφορα πρόσθετα με σκοπό την βελτίωση του καταλύτη ως προς την καταλυτική του συμπεριφορά και την αντίσταση στον άνθρακα.
Σε αυτή την μελέτη στόχος είναι η διερεύνηση της επίδρασης της διαδικασίας ενεργοποίησης του καταλύτη Co/γ-Al2O3 στις φυσικοχημικές και καταλυτικές του ιδιότητες (δραστικότητα, εκλεκτικότητα, σταθερότητα) για τη διεργασία DRM.
Στα πλαίσια αυτής της διερεύνησης παρασκευάστηκε ένας καταλύτης Co/γ-Al2O3 και μελετήθηκε η επίδραση των διαφορετικών συνθηκών ενεργοποίησης στην καταλυτική
ii
του δραστικότητα. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν η επίδραση της θερμοκρασίας πύρωσης και της θερμοκρασίας αναγωγής καθώς και του αέριου αναγωγής που χρησιμοποιήθηκε. Στην συνέχεια, τα δείγματα των καταλυτών χαρακτηρίστηκαν φυσικοχημικά, στην οξειδωμένη, ανηγμένη και χρησιμοποιημένη (από διεργασία DRM) μορφή τους με διάφορες αναλυτικές τεχνικές (μέθοδος προσδιορισμού ειδικής επιφάνειας BET και πορώδους BJH, ηλεκτρονική μικροσκοπία TEM, περίθλαση ακτίνων-Χ, θερμοπρογραμματισμένη αναγωγή TPR). Πραγματοποιήθηκαν καταλυτικές δοκιμές για την αξιολόγηση της απόδοσης, της εκλεκτικότητας και της σταθερότητας των καταλυτών για την DRM, ενώ η μέθοδος TPH χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση της ποσότητας άνθρακα που αποτέθηκε στα εξεταζόμενα δείγματα.
Επίσης πραγματοποιήθηκε μια σειρά αντίστοιχων πειραμάτων για καταλύτη Ni/Al2O3 που παρασκευάστηκε με σκοπό την σύγκριση των αποτελεσμάτων με αυτών που προέκυψαν για τον καταλύτη Co/γ-Al2O3.
Βρήκαμε ότι η αναγωγή με μείγμα CO/He/Ar αντί Η2/Ar του καταλύτη Co/γ-Al2O3 που χρησιμοποιείται στην διεργασία DRM μπορεί να μειώσει σημαντικά τον απαιτούμενο χρόνο ενεργοποίησης του και να αυξήσει την δραστικότητα του. Δεν ισχύει όμως το ίδιο για τον καταλύτη Ni/Al2O3. Τέλος η θερμοκρασία πύρωσης και η θερμοκρασία αναγωγής δεν αποδείχτηκε ότι επιδρούν σημαντικά στην δραστικότητα των καταλυτών.
|
|---|
