Σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοδομημένων υλικών με καταλυτικές ιδιότητες
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 τομε...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2019
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/12462 |
| id |
nemertes-10889-12462 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ετερογενής κατάλυση Καταλύτες Co/γ-Al2O3 Καταλύτες Ni/γ-Al2O3 Ξηρή αναμόρφωση μεθανίου DRM Μέγεθος σωματιδίων Διαδικασία ενεργοποίησης Heterogeneous catalysis Co/γ-Al2O3 catalyst Ni/γ-Al2O3 catalyst Dry reforming of methane DRM Particle size Activation procedure 620.115 |
| spellingShingle |
Ετερογενής κατάλυση Καταλύτες Co/γ-Al2O3 Καταλύτες Ni/γ-Al2O3 Ξηρή αναμόρφωση μεθανίου DRM Μέγεθος σωματιδίων Διαδικασία ενεργοποίησης Heterogeneous catalysis Co/γ-Al2O3 catalyst Ni/γ-Al2O3 catalyst Dry reforming of methane DRM Particle size Activation procedure 620.115 Μπουφινά, Άννα Σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοδομημένων υλικών με καταλυτικές ιδιότητες |
| description |
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. |
| author2 |
Παπαδοπούλου, Χρηστίνα |
| author_facet |
Παπαδοπούλου, Χρηστίνα Μπουφινά, Άννα |
| format |
Thesis |
| author |
Μπουφινά, Άννα |
| author_sort |
Μπουφινά, Άννα |
| title |
Σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοδομημένων υλικών με καταλυτικές ιδιότητες |
| title_short |
Σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοδομημένων υλικών με καταλυτικές ιδιότητες |
| title_full |
Σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοδομημένων υλικών με καταλυτικές ιδιότητες |
| title_fullStr |
Σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοδομημένων υλικών με καταλυτικές ιδιότητες |
| title_full_unstemmed |
Σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοδομημένων υλικών με καταλυτικές ιδιότητες |
| title_sort |
σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοδομημένων υλικών με καταλυτικές ιδιότητες |
| publishDate |
2019 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/12462 |
| work_keys_str_mv |
AT mpouphinaanna synthesēkaicharaktērismosnanodomēmenōnylikōnmekatalytikesidiotētes AT mpouphinaanna synthesisandcharacterizationofnanostructuredmaterialswithcatalyticproperties |
| _version_ |
1771297292403343360 |
| spelling |
nemertes-10889-124622022-09-05T20:13:57Z Σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοδομημένων υλικών με καταλυτικές ιδιότητες Synthesis and characterization of nanostructured materials with catalytic properties Μπουφινά, Άννα Παπαδοπούλου, Χρηστίνα Papadopoulou, Christina Boufina, Anna Ετερογενής κατάλυση Καταλύτες Co/γ-Al2O3 Καταλύτες Ni/γ-Al2O3 Ξηρή αναμόρφωση μεθανίου DRM Μέγεθος σωματιδίων Διαδικασία ενεργοποίησης Heterogeneous catalysis Co/γ-Al2O3 catalyst Ni/γ-Al2O3 catalyst Dry reforming of methane DRM Particle size Activation procedure 620.115 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. The understanding of phenomena that take place when materials are in particle form of some nanoparticles, has lead to the rapid development of nanotechnology in many scientific fields. As a result, during the last decade has been observed increase of use of nanomaterials in different sectors of our everyday life. Heterogenic catalysis is one of the scientific fields that is based on the properties of nanostructured materials, and has many applications such as auto catalysts. Nanostructured catalytic materials have been studied within this thesis concerning the reformation of biogas (the main product of the decomposition of biomass). Biogas consists mostly of methane and carbon dioxide. Interest in more efficient utilization of biogas, as a renewable source of energy, has sharply increased in the context of sustainable development. One of the most promising processes of using biogas is the dry reforming of methane (DRM) to form synthesis gas either for hydrogen exploitation or for the production of other liquid energy carriers. Dry reforming of methane is an environmentally friendly process because of the use of methane and carbon dioxide as reactants. Both of these gases contribute to deterioration of greenhouse effect. Unfortunately though, this process has a serious disadvantage that prevents of its application. This is the rapid deactivation of catalysts due to formation of carbonaceous deposits. Many studies have been conducted, aiming in the development of suitable catalysts for the process of DRM, using mostly as active phases noble metals or nickel and the last few years cobalt too, with various additives in order to ameliorate the catalytic behavior and the coke-resistance of the catalyst. In this study the main purpose is to investigate the effect of the activation procedure of the catalyst Co/ γ-Al2O3, on its physicochemical and catalytic properties (activity, selectivity, stability) for the DRM process. In this research a catalyst of Co/γ-Al2O3 was prepared. Furthermore, the effect of different conditions of activation on the catalyst’s activity was studied. Specifically, the effect of the calcination temperature and the reduction temperature and the reducing gas that has being used, were studied. Then, the specimens were physicochemically characterized, on their oxidized, reduced and used (in the DRM process) form, by iv various analytical techniques (method of determination specific surface area BET and porosity BJH, electron microscopy TEM, X-ray diffraction, temperature-programmed reduction TPR). Catalytic tests were performed to evaluate the yield, selectivity and stability of catalysts on DRM and the carbon deposition on the used catalysts was accessed by TPH method. Also a series of corresponding experiments was performed on catalyst Ni/γ-Al2O3, which was prepared with the purpose of comparison of these results with the ones that came of the catalyst Co/γ-Al2O3. We found that the reduction by CO/He/Ar instead of H2/Ar of the catalyst Co/γ-Al2O3, which has being used in DRM process, can significantly reduce the required activation time and increase the activity. This cannot be said for Ni/γ- Al2O3 catalyst. Finally, the calcination temperature and the reference temperature are not shown to significantly affect the activity of catalysts. 2019-08-12T15:21:35Z 2019-08-12T15:21:35Z 2015-06-23 Thesis http://hdl.handle.net/10889/12462 gr 12 application/pdf |
