Αναζήτηση

Πλοήγηση

• Κοινότητες
• Συγγραφείς
• Έτος
• Τίτλοι
• Θέματα

Ο Χώρος μου

• Είσοδος

Αναμόρφωση βιοαερίου σε υποστηριγμένους καταλύτες Ρουθηνίου

Damiri Aikaterina-Paraskevi

Πλήρης Εγγραφή

---

Περίληψη

Η παρούσα εργασία πραγματεύεται την παραγωγή και την αποτελεσματικότητα υποστηριγμένων καταλυτών ρουθηνίου (Ru) στην αντίδραση της ξηρής αναμόρφωσης βιοαερίου (Dry Reforming of Methane, DRM). Η αντίδραση χρησιμοποιεί βιοαέριο, δηλαδή μεθάνιο (CH4) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2), για την παραγωγή αερίου σύνθεσης που αποτελείται από υδρογόνο (H2) και μονοξείδιο του άνθρακα (CO). Η αντίδραση έχει μεγάλη σημασία καθώς αξιοποιεί δύο ισχυρά αέρια του θερμοκηπίου και ταυτόχρονα παράγει αέριο σύνθεσης που έχει μεγάλη σημασία σε πληθώρα εφαρμογών. Ενδεικτικά, δύναται να διαχωριστεί επιτρέποντας την αξιοποίηση αμιγώς του υδρογόνου ή ακόμη να χρησιμοποιηθεί συνολικά στις αντιδράσεις Ficher-Tropsch, καθώς και σε κυψέλες καυσίμου. Συγκεκριμένα ο σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη τριών νέων συνθέσεων υλικών ως προς την δραστικότητα και τη σταθερότητα τους κατά την χρήση τους ως καταλύτες στην αντίδραση της DRM και η διερεύνηση της καταλληλότητας τους για την χρήση τους στην εν λόγω αντίδραση. Κάποια προβλήματα που προκύπτουν στην λειτουργία των καταλυτών που ενδέχεται να οδηγήσουν στην απενεργοποίηση τους κατά την αντίδραση της DRM είναι η εναπόθεση άνθρακα κατά την διάσπαση του CH4 και η θερμική συσσωμάτωση των μεταλλικών σωματιδίων λόγω της υψηλής θερμοκρασίας της αντίδρασης. Το ευγενές μέταλλο του ρουθηνίου (Ru) το οποίο επιλέγεται, εμφανίζει μεγαλύτερη ανθεκτικότητα σε αυτές τις περιπτώσεις, σε σχέση με μη ευγενή μέταλλα όπως το νικέλιο (Ni).Στους καταλύτες που μελετήθηκαν το Ru συμμετείχε σε φόρτιση 3% κατά βάρος σε όλες τις περιπτώσεις. Στην συνέχεια επιλέγονται τρεις φορείς: η αλούμινα (γ-Al2O3), το οξείδιο του δημητρίου σε νανοράβδους (CeO2-NR) το οποίο έχει παραχθεί με την υδροθερμική μέθοδο και τέλος, οι περοβσκίτες μηδενικής φόρτισης σε σρόντιο (LSM00) ως φορείς. Όλοι οι καταλύτες παράχθηκαν με την μέθοδο του υγρού εμποτισμού κατά την οποία ο φορέας εμβαπτίζεται στο διάλυμα που περιέχει το μέταλλο. Το κύριο μέρος των πειραμάτων αποτελείται από τα πειράματα καταλυτικής ενεργότητας (Light Off) όπου εξετάζεται η δραστικότητα των υλικών σε σχέση με την θερμοκρασία και εν συνεχεία, τα πειράματα καταλυτικής σταθερότητας (Stability) κατά τα οποία εξετάζεται η σταθερότητα των καταλυτών υπό σταθερή θερμοκρασία αντίδρασης σε σχέση με τον χρόνο. Οι καταλύτες έπειτα υποβάλλονται σε τρία στάδια οξειδωτικής γήρανσης ενώ, ανάμεσα στα στάδια των οξειδωτικών γηράνσεων οι καταλύτες επανεξετάζονται στα πειράματα Light Off και Stability εφόσον βέβαια υποβληθούν πρώτα σε αναγωγή. Σε όλα τα στάδια των πειραμάτων η σύσταση του βιοαερίου ήταν ισομοριακή CH4:CO2=50%:50%, η ροή εισόδου ήταν Fin= 50cc/min και η μάζα του καταλύτη 20mg.Η πειραματική διαδικασία περιλαμβάνει επίσης πειράματα χαρακτηρισμών των καταλυτών για την αρχική του κατάσταση, δηλαδή για φρέσκο υλικό, και έπειτα για τα υλικά μετά την καταπόνηση τους με οξειδωτική γήρανση για 10h. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε ο προσδιορισμός της ειδικής επιφάνειας μέσω της μεθόδου BET, της αναγωγιμότητας με την μέθοδο προγραμματισμένης θερμοκρασίας (TPR), της διαμέτρου των μεταλλικών σωματιδίων και της διασποράς του μετάλλου στον φορέα μέσω του πειράματος εκλεκτικής χημειορόφησης (Titration) και τέλος, μελετήθηκε η κρυσταλλογραφία των υλικών μέσω περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ (XRD).Στα συμπεράσματα της μελέτης συγκρίθηκε η καταλυτική συμπεριφορά των τριών καταλυτών ρουθηνίου (3%Ru/γ-Al₂O₃, 3%Ru/CeO₂-NR και 3%Ru/LSM00) στην αντίδραση DRM μέσω πειραμάτων Light Off και Stability. Οι δύο πρώτοι καταλύτες έδειξαν παρόμοια αρχική δραστικότητα, με υψηλές ποσοστιαίες μετατροπές του CH₄ και του CO₂ και αξιοσημείωτη παραγωγή H₂ στους 750℃. Αντίθετα, ο 3%Ru/LSM00 έδειξε χαμηλή δραστικότητα ακόμα και σε υψηλές θερμοκρασίες. Όσον αφορά τα στάδια οξειδωτικών γηράνσεων, ο 3%Ru/γ-Al₂O₃ υπέστη σημαντική μείωση στην απόδοση του, ενώ ο 3%Ru/CeO₂-NR διατήρησε σε μεγάλο βαθμό τη σταθερότητά του, δείχνοντας αντοχή στα φαινόμενα της εναπόθεσης άνθρακα και της θερμικής συσσωμάτωσης.

Διαθέσιμα αρχεία

Υπηρεσίες