Αναζήτηση

Πλοήγηση

• Κοινότητες
• Συγγραφείς
• Έτος
• Τίτλοι
• Θέματα

Ο Χώρος μου

• Είσοδος

Υδροθερμικά παρασκευασμένοι μονο- και δι- μεταλλικοί καταλύτες Ir-Ni/CeO2-NR στην αντίδραση ξηρής αναμόρφωσης του μεθανίου (DRM)

Lyra Markella-Zizel

Πλήρης Εγγραφή

---

Περίληψη

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας εξετάζει την καταλυτική συμπεριφορά των μονο- και δι- μεταλλικών καταλυτών ιριδίου-νικελίου (Ir-Ni) υποστηριγμένων στον φορέα του οξειδίου του δημητρίου ή σύρια (CeO2) κατά την αντίδραση της ξηρής αναμόρφωσης του μεθανίου. Η διεργασία αυτή αφορά τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και του μεθανίου (CH4) σε αέριο σύνθεσης, ένα μείγμα υδρογόνου (H2) και μονοξειδίου του άνθρακα (CO). Είναι γεγονός πως η αντίδραση έχει αποκτήσει μεγάλο ενδιαφέρον στον περιβαλλοντικό και βιομηχανικό τομέα καθώς εκμεταλλεύεται δύο κύρια αέρια του θερμοκηπίου (CH4 και CO2) που έχουν μεγάλο αντίκτυπο στην υπερθέρμανση του πλανήτη και στην κλιματική αλλαγή. Επιπλέον, και τα δυο αέρια του θερμοκηπίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρώτη ύλη για την παραγωγή αερίου σύνθεσης (H2/CO) και την επακόλουθη χρήση του για τη σύνθεση οξυγονωμένων χημικών ουσιών και υδρογονανθράκων μέσω της διαδικασίας Fischer–Tropsch. Επίσης, το CH4 και το CO2 αποτελούν τα κύρια συστατικά του βιοαερίου, επομένως μπορεί να αξιοποιηθεί άμεσα μέσω αυτής της οδού. Το μεγαλύτερο εμπόδιο της αντίδρασης είναι η σταδιακή απενεργοποίηση των καταλυτών, η οποία οφείλεται στην εναπόθεση άνθρακα. Για το λόγο αυτό είναι σημαντικό να αναπτυχθούν καταλύτες που να αντιστέκονται στο φαινόμενο αυτό. Οι καταλύτες νικελίου είναι οι πιο μελετημένοι καθώς βρίσκονται σε αφθονία και είναι ιδιαίτερα ενεργοί. Ωστόσο, οι καταλύτες αυτοί υποφέρουν από κακή σταθερότητα λόγω σχηματισμού κωκ και συσσωμάτωσης σωματιδίων. Ευγενή μέταλλα όπως το ιρίδιο είναι λιγότερο επιρρεπή σε τέτοια φαινόμενα, όμως το υψηλό τους κόστος αποτελεί εμπόδιο για να γίνουν μια ελκυστική επιλογή. Επομένως, προκειμένου να αξιοποιηθούν τα πλεονεκτήματα των πολύτιμων, αλλά και των μη πολύτιμων μετάλλων, οι διμεταλλικοί καταλύτες έχουν διερευνηθεί εκτενώς για την εν λόγω αντίδραση, λόγω της ικανότητάς τους να μετριάζουν την απενεργοποίηση λόγω της συνεργατικής δράσης των δύο ενεργών μεταλλικών φάσεων. Οι εξεταζόμενοι μονομεταλλικοί καταλύτες Ir/CeO2-NR και Ni/CeO2-NR έχουν σύσταση 2% w.t Ir και 10% w.t Ni αντίστοιχα, ενώ ο διμεταλλικός έχει 2% w.t Ir-10% w.t Ni/CeO2-NR. Οι καταλύτες αυτοί παρασκευάζονται με τη μέθοδο του υγρού εμποτισμού, ενώ ο φορέας CeO2 με την υδροθερμική μέθοδο, γεγονός που ευνοεί τη μορφή nanorods. Γενικά, ο ρόλος των φορέων, ειδικά κατά την ξηρή αναμόρφωση του μεθανίου είναι κρίσιμος, καθώς ενισχύουν την καταλυτική δραστικότητα και μετριάζουν την εναπόθεση άνθρακα στην επιφάνεια των καταλυτών. Πιο συγκεκριμένα, η καταλυτική απόδοση εξετάζεται πρώτα μέσω πειραμάτων ενεργότητας στο θερμοκρασιακό εύρος 350-750℃ και στη συνέχεια μέσω πειραμάτων σταθερότητας διάρκειας 30 ωρών υπό σταθερή θερμοκρασία 750℃. Η παρούσα πειραματική διαδικασία λειτουργεί υπό συγκεκριμένες συνθήκες αντίδρασης κατά την οποία τα αντιδρώντα προσομοιάζουν ισομοριακή σύσταση βιοαερίου (CO2:CH4=50%:50%). Από τα αποτελέσματα που προκύπτουν, διαπιστώνεται πως οι εξεταζόμενοι καταλύτες παρουσιάζουν υψηλά ποσοστά μετατροπής των αντιδρώντων CH4, CO2 και απόδοσης σε H2, CO της διεργασίας όσο αυξάνεται η θερμοκρασία. Συγκεκριμένα, ο διμεταλλικός καταλύτης Ir-Ni είναι ο πιο αποδοτικός καθώς ενεργοποιείται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και η ενεργότητα του βελτιώνεται όσο η θερμοκρασία πλησιάζει τους 750℃. Στα ακόλουθα πειράματα σταθερότητας, η απόδοση του μονομεταλλικού καταλύτη Ni μειώνεται σταδιακά, υπονοώντας την τάση του καταλύτη προς σχηματισμό άνθρακα. Αντιθέτως, ο καταλύτης ευγενούς μετάλλου Ir, παρουσιάζει μικρή αύξηση στη μετατροπή των CH4, CO2 με την πάροδο του χρόνου, χωρίς να παρουσιάζεται ευαισθησία στην εναπόθεση άνθρακα. Ωστόσο, ο καταλύτης Ni εμφανίζει υψηλότερες τιμές μετατροπής των αερίων σε σύγκριση με τον καταλύτη Ir. Όσον αφορά τον καταλύτη Ir-Ni, εμφανίζει εξαιρετική δραστικότητα καθ' όλη τη διάρκεια της συνεχούς λειτουργίας της αντίδρασης με ιδιαίτερα υψηλά ποσοστά μετατροπής και απόδοσης των προαναφερθέντων αερίων. Ως εκ τούτου, παρουσιάζει μεγαλύτερη σταθερότητα από τους μονομεταλλικούς καταλύτες, καθιστώντας τον ως μια αρκετά υποσχόμενη επιλογή ως προς την ενεργότητα και την αντοχή του στο σχηματισμό άνθρακα, ιδίως όταν διασπείρεται σε υποστρώματα που περιέχουν CeO2.

Διαθέσιμα αρχεία

Υπηρεσίες