Καταλυτική οξείδωση πτητικών οργανικών ενώσεων σε οξείδια μετάλλων μετάπτωσης
| datacite.contributor.Supervisor | Χρήστος Κορδούλης | |
| datacite.contributor.Supervisor | Θεόφιλος Ιωαννίδης | |
| datacite.contributor.Supervisor | Χριστίνα Παπαδοπούλου | |
| dc.contributor.author | Αποστολόπουλος, Νικόλαος | |
| dc.contributor.other | Apostolopoulos Nikolaos | |
| dc.date.accessioned | 2023-11-03T10:40:46Z | |
| dc.date.available | 2023-11-03T10:40:46Z | |
| dc.date.issued | 2023-10-26 | |
| dc.degree | masterThesis | |
| dc.description.abstract | Οι πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs) είναι οργανικές ενώσεις με μεγάλη συνεισφορά στην ατμοσφαιρική ρύπανση. Εκπέμπονται από μία μεγάλη ποικιλία φυσικών αλλά και ανθρωπογενών πηγών. Η πλέον αποδοτική μέθοδος καταστροφής των VOCs είναι η καταλυτική οξείδωση, καθώς η επεξεργασία των αέριων ρύπων λαμβάνει χώρα σε χαμηλότερες θερμοκρασίες από την θερμική καύση. Χαρακτηριστικοί καταλύτες που χρησιμοποιούνται είναι οι καταλύτες ευγενών μετάλλων όπως είναι Pt, Pd, στηριγμένοι σε κάποιο υπόστρωμα, οι οποίοι εμφανίζουν υψηλή ενεργότητα. Ωστόσο το υψηλό κόστος τους, κάνει τους καταλύτες οξειδίων μετάλλων μετάπτωσης μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική πρόταση από την στιγμή που συνδυάζουν το χαμηλότερο κόστος με αξιοσημείωτη καταλυτική ενεργότητα. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η πλήρης οξείδωση του τολουολίου σε CO2 και H2O σε καταλύτες Mn2O3 και CuO. Οι καταλύτες του μαγγανίου παρασκευάστηκαν μέσω της συμπλοκοποίησης Mn(II) με κιτρικό οξύ και πύρωση στον αέρα σε διαφορετικές θερμοκρασίες, ενώ του χαλκού μέσω υδροθερμικής κατεργασίας, καταβύθισης αλλά και της συμπλοκοποίησης Cu(II) με κιτρικό οξύ. Ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός πραγματοποιήθηκε με τις εξής τεχνικές: i) φυσική ρόφηση Ν2, ii) περίθλαση ακτίνων-Χ και iii) θερμοπρογραμματιζόμενη αναγωγή με H2. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σύνθεση καταλυτών Mn2O3 και CuO διαφορετικών ειδικών επιφανειών και μεγέθους κρυσταλλιτών, ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός τους και η μελέτη της πλήρους οξείδωσης του τολουολίου. Επίσης θα εξεταστεί η δομική ευαισθησία της αντίδρασης στους καταλύτες Mn2O3 και CuO κατά την οξείδωση του ρύπου. Ο προσδιορισμός της ειδικής επιφάνειας των καταλυτών έγινε με την μέθοδο BET. Η μεγαλύτερη τιμή ειδικής επιφάνειας παρατηρήθηκε για το δείγμα του CuO που παρασκευάστηκε μέσω υδροθερμικής κατεργασίας στα 40 m2g-1, ενώ η χαμηλότερη για το εμπορικό δείγμα του καταλύτη Mn2O3 στα 3,5 m2g-1. Οι μετρήσεις περίθλασης ακτίνων-Χ έδειξαν την ύπαρξη κρυσταλλικών φάσεων Mn2O3 και CuO με μέγεθος κρυσταλλιτών από 34-80 nm για τους καταλύτες Mn2O3 και από 12-83 nm για τους αντίστοιχους του CuO. Για την αναγωγή των καταλυτών διαβιβάζεται αναγωγικό μίγμα viii 2,9% Η2/He, με ροή 30cm3min-1 και η συγκέντρωση του Η2 που καταναλώνεται παρακολουθείται με φασματογράφο μάζας. Τα πειράματα καταλυτικής ενεργότητας έλαβαν χώρα σε αντιδραστήρα χαλαζία σταθερής κλίνης σε ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασιακό εύρος από 170-300οC. Η ανάλυση των αντιδρώντων και προϊόντων της αντίδρασης πραγματοποιήθηκε με αέριο χρωματογράφο εφοδιασμένο με ανιχνευτή ιονισμού φλόγας και ανιχνευτή θερμικής αγωγιμότητας για την ανάλυση του τολουολίου και του διοξειδίου του άνθρακα, αντίστοιχα. Η συνολική παροχή τροφοδοσίας των αντιδρώντων σε όλες τις μετρήσεις ήταν 100 cm3 min-1 (12,5% O2, 390ppm C7H8 για τους καταλύτες CuO και 300ppm C7H8 για τους καταλύτες Mn2Ο3 αντίστοιχα και He) το οποίο αντιστοιχεί σε W/F=0,06 g s cm-3. Οι βέλτιστοι καταλύτες τόσο Mn2O3 όσο και CuO ενεργοποιήθηκαν σε ένα θερμοκρασιακό εύρος: 180-210οC και μετέτρεψαν πλήρως τον ρύπο σε θερμοκρασίες από 255-275οC. O καταλύτης Mn2O3 με την μικρότερη SBET έχει την μεγαλύτερη φαινόμενη ενέργεια ενεργοποίησης και τον μικρότερο ειδικό ρυθμό αντίδρασης. Οι καταλύτες του CuO παρουσιάζουν παρόμοιες τιμές ειδικού ρυθμού αντίδρασης ανεξάρτητα από την τιμή ειδικής επιφάνειας τους. Από τις μετρήσεις Η2-TPR είναι εμφανές ότι μείωση του μεγέθους κρυσταλλιτών μετατοπίζει την θερμοκρασίας αναγωγής σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, βελτιώνοντας την καταλυτική ενεργότητα. | |
| dc.description.sponsorship | ΕΛΙΔΕΚ, Έργο H.F.R.I. -FM17-1876 | |
| dc.description.translatedabstract | Volatile organic compounds are organic compounds with great contribution to atmospheric pollution. They are emitted from a large variety of natural and anthropogenic sources as well. The most efficient method for the destruction of VOCs is catalytic oxidation, because the treatment of VOC pollutants takes place at lower temperatures than thermal oxidation. Typical catalysts used in catalytic oxidation of VOCs, are noble metals including Pt, Pd, supported on a substrate, which display excellent catalytic activity. However high price of noble metal catalysts makes transition metal oxides catalysts, a very promising alternative as they combine lower cost than noble metals and noticeable catalytic activity. In the present study was examined the complete oxidation of toluene to CO2 and H2O over Mn2O3 and CuO catalysts. Manganese catalysts were synthesized through the complexation of Mn(II) with citric acid and calcinated at different temperature and time. Whereas copper catalysts where synthesized through hydrothermal treatment, precipitation with base and the complexation of Cu(II) with citric acid. The physicochemical characterization of the catalysts was carried out with the techniques below: i) N2 physical adsorption ii) X-ray diffraction, and iii) Temperatured programmed reduction with H2. The aim of the current work is the synthesis of transition metal oxide catalysts with varying specific surface areas and size of crystallites, the physicochemical characterization of all samples and the evaluation of complete toluene oxidation. Also we will identify structure sensitivity of toluene oxidation over Mn2O3 and CuO of varying specific surface area. Determination of Specific Surface Area (SSA) was conducted by B.E.T. method. Highest value of Specific Surface Area was observed for the CuO sample prepared by hydrothermal treatment (40m2/g), and the lowest one for the commercial Mn2O3 sample (3,5m2/g). Powder XRD measurements exhibited high purity of Mn2O3 and CuO nanocrystals and crystalline size ranges from 34-80nm for manganese and 12-83nm for copper oxides respectively. For the reduction of the catalysts a reducing agent 2,9%H2/He, flow: 30cm3min-1, is transmitted to the sample and the concentration of H2 consumed is monitored with mass spectrometer. xi Catalytic combustion of toluene was performed in a quartz fix bed reactor at atmospheric pressure in the temperature range 170-300oC. Analysis of reactants and products was operated by a gas chromatograph equipped with Flame ionization detector and thermal conductivity detector for the analysis of C7H8 and CO2 respectively. The reactants flow rate was 100cm3 min-1 (12,5% O2, 390ppm C7H8 for CuO and 300ppm C7H8 for Mn2Ο3 catalysts respectively και He), corresponding to W/F= 0,06 g s cm-3. Superior manganese and copper oxide catalysts were activated at temperatures from 180-210oC and complete toluene conversion was obtained at temperature in the range 255-275oC. Manganese oxide catalyst with the lowest Specific Surface Area (S.S.A.) showed the highest apparent activation energy and the lowest specific reaction rate among the manganese oxide catalysts examined. Copper oxide catalysts appears to have similar specific reaction rates regardless of their specific surface area. According to H2-TPR measurements, reducing the particle size shifts the reduction temperature of the oxides at lower temperature, resulting in better catalytic activity. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/26147 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | CC0 1.0 Universal | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ | * |
| dc.subject | Καταλύτες | |
| dc.subject | Οξείδωση | |
| dc.subject | Καταλυτική ενεργότητα | |
| dc.subject | Ειδική επιφάνεια | |
| dc.subject.alternative | Catalysts | |
| dc.subject.alternative | Oxidation | |
| dc.subject.alternative | Catalytic activity | |
| dc.subject.alternative | Specific surface area | |
| dc.subject.alternative | C7H8 | |
| dc.subject.alternative | Mn2O3 | |
| dc.subject.alternative | CuO | |
| dc.title | Καταλυτική οξείδωση πτητικών οργανικών ενώσεων σε οξείδια μετάλλων μετάπτωσης | |
| dc.title.alternative | Catalytic oxidation of volatile organic compounds on transition metal oxides |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία Αποστολόπουλος Νικόλαος (1).pdf
- Size:
- 3.59 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
License bundle
1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
- Name:
- license.txt
- Size:
- 5.02 KB
- Format:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Description: