Ανάπτυξη δομημένων προσροφητικών υλικών με τρισδιάστατη εκτύπωση για την απομάκρυνση του CO₂ από H₂
| datacite.contributor.RelatedPerson | Μανίκας, Αναστάσιος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Μπογοσιάν, Σογομών | |
| datacite.contributor.Supervisor | Καρανικολός, Γεώργιος | |
| dc.contributor.author | Γραμματικός, Παναγιώτης | |
| dc.contributor.other | Grammatikos, Panagiotis | |
| dc.date.accessioned | 2026-10-19T07:43:26Z | |
| dc.date.available | 2026-10-19T07:43:26Z | |
| dc.date.issued | 2026-10-12 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | Η παραγωγή υδρογόνου υψηλής καθαρότητας απαιτεί την αποτελεσματική απομάκρυνση ανεπιθύμητων συστατικών, όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂), από αέρια ρεύματα πλούσια σε H₂. Η χρήση προσροφητικών και καταλυτικών υλικών σε μορφή σκόνης μπορεί να συνοδεύεται από υψηλή πτώση πίεσης, περιορισμούς στη διάχυση των αερίων και δυσκολίες κατά την εφαρμογή τους σε μεγαλύτερη κλίμακα. Οι συμβατικές μορφοποιήσεις, όπως τα pellets, αντιμετωπίζουν μέρος αυτών των προβλημάτων, αλλά προσφέρουν περιορισμένο έλεγχο της γεωμετρίας και της πορώδους δομής. Η τρισδιάστατη εκτύπωση προσφέρει μεγαλύτερο έλεγχο της γεωμετρίας και του πορώδους των δομών, επιτρέποντας παράλληλα τη βελτίωση της ροής του αερίου και της μεταφοράς μάζας και θερμότητας. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η ανάπτυξη δομημένων προσροφητικών υλικών γ-Al₂O₃ μέσω τρισδιάστατης εκτύπωσης και η αξιολόγησή τους για την απομάκρυνση CO₂ από ρεύματα που περιέχουν H₂. Για τον σκοπό αυτό, παρασκευάστηκαν κυλινδρικές δομές γυροειδούς γεωμετρίας με τεχνική φωτοπολυμερισμού (DLP), ακολουθούμενη από θερμική κατεργασία έως τους 600 °C για την απομάκρυνση της οργανικής φάσης. Παράλληλα, τόσο η γ-Al₂O₃ σε μορφή σκόνης όσο και το τρισδιάστατα εκτυπωμένο υλικό τροποποιήθηκαν επιφανειακά με 3-αμινοπροπυλοτριαιθοξυσιλάνιο (APTES), με στόχο την εισαγωγή αμινομάδων και την ενίσχυση της αλληλεπίδρασης με το CO₂. Τα αρχικά και τροποποιημένα υλικά χαρακτηρίστηκαν με περίθλαση ακτίνων Χ (XRD), φασματοσκοπία ATR-FTIR, προσρόφηση-εκρόφηση N₂ και θερμοβαρυμετρική ανάλυση (TGA). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η βασική κρυσταλλική φάση της γ-Al₂O₃ διατηρήθηκε μετά την τρισδιάστατη εκτύπωση, τη θερμική κατεργασία και τη σιλανοποίηση. Η διαμόρφωση σε 3D δομή προκάλεσε σχετικά μικρή μείωση της ειδικής επιφάνειας, από 52 σε 48 m²/g, ενώ η τροποποίηση με APTES οδήγησε σε σημαντική μείωση της προσβάσιμης επιφάνειας και του όγκου πόρων. Παράλληλα, τα αποτελέσματα ATR-FTIR και TGA επιβεβαίωσαν την παρουσία APTES τόσο στη σκόνη όσο και στο τρισδιάστατα εκτυπωμένο υλικό, δείχνοντας ότι η επιφανειακή τροποποίηση πραγματοποιήθηκε επιτυχώς. Η προσροφητική συμπεριφορά των υλικών αξιολογήθηκε μέσω καμπυλών breakthrough και θερμοπρογραμματιζόμενης εκρόφησης CO₂. Η μη τροποποιημένη γ-Al₂O₃ σε μορφή σκόνης και το 3D γ-Al₂O₃ παρουσίασαν ίδια προσροφητική ικανότητα, ίση με 4.6 μmol gads⁻¹, γεγονός που δείχνει ότι η τρισδιάστατη μορφοποίηση δεν υποβάθμισε την ικανότητα δέσμευσης CO₂. Μετά την τροποποίηση με APTES, η προσροφητική ικανότητα αυξήθηκε σημαντικά, φθάνοντας τα 40.3 μmol gads⁻¹ για το 3D γ-Al₂O₃-APTES και τα 54.8 μmol gads⁻¹ για τη γ-Al₂O₃ 600 °C-APTES. Επιπλέον, τα πειράματα TPD έδειξαν ότι περισσότερο από το 96% του προσροφημένου CO₂ στα τροποποιημένα υλικά μπορούσε να εκροφηθεί με θέρμανση έως τους 80 °C. Συνολικά, τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι οι τρισδιάστατα εκτυπωμένες δομές γ-Al₂O₃ μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δομημένα προσροφητικά για τον διαχωρισμό CO₂/H₂, ενώ η επιφανειακή τροποποίηση με APTES ενισχύει σημαντικά την ικανότητα δέσμευσης CO₂. | |
| dc.description.translatedabstract | The production of high-purity hydrogen requires the effective removal of undesirable components, such as carbon dioxide (CO₂), from H₂-rich gas streams. The use of adsorbent and catalytic materials in powder form may be associated with high pressure drop, limitations in gas diffusion, and difficulties in large-scale implementation. Conventional shaping methods, such as pellets, address some of these issues but offer limited control over the geometry and porous structure. Three-dimensional printing provides greater control over the geometry and porosity of the structures, while also enabling improvements in gas flow and heat and mass transfer. The aim of the present diploma thesis was the development of structured γ-Al₂O₃ adsorbent materials through three-dimensional printing and their evaluation for the removal of CO₂ from H₂-containing streams. For this purpose, cylindrical structures with gyroid geometry were prepared using a photopolymerization technique (DLP), followed by thermal treatment up to 600 °C for the removal of the organic phase. At the same time, both γ-Al₂O₃ in powder form and the three-dimensionally printed material were surface-modified with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), with the aim of introducing amine groups and enhancing the interaction with CO₂. The initial and modified materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), ATR-FTIR spectroscopy, N₂ adsorption-desorption, and thermogravimetric analysis (TGA). The results showed that the main crystalline phase of γ-Al₂O₃ was preserved after three-dimensional printing, thermal treatment, and silanization. Shaping into a 3D structure caused a relatively small decrease in the specific surface area, from 52 to 48 m²/g, whereas modification with APTES led to a significant decrease in the accessi-ble surface area and pore volume. At the same time, the ATR-FTIR and TGA results confirmed the pres-ence of APTES both in the powder and in the three-dimensionally printed material, indicating that the surface modification was successfully achieved. The adsorption behavior of the materials was evaluated through breakthrough curves and temperature-programmed CO₂ desorption. The unmodified γ-Al₂O₃ powder and the 3D γ-Al₂O₃ exhibited the same adsorption capacity, equal to 4.6 μmol gads⁻¹, indicating that three-dimensional shaping did not reduce the CO₂ capture capacity. After modification with APTES, the adsorption capacity increased significantly, reaching 40.3 μmol gads⁻¹ for 3D γ-Al₂O₃-APTES and 54.8 μmol gads⁻¹ for γ-Al₂O₃ 600 °C-APTES. In addition, the TPD experiments showed that more than 96% of the adsorbed CO₂ on the modified materials could be desorbed by heating up to 80 °C. Overall, the results demonstrate that three-dimensionally printed γ-Al₂O₃ structures can be used as structured adsorbents for CO₂/H₂ separation, while surface modification with APTES significantly enhances the CO₂ capture capacity. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/33216 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Greece | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/ | |
| dc.subject | Τρισδιάστατη εκτύπωση | |
| dc.subject | Προσρόφηση CO₂ | |
| dc.subject | Καθαρισμός H₂ | |
| dc.subject | Τροποποίηση με APTES | |
| dc.subject | Δομημένα προσροφητικά υλικά | |
| dc.subject.alternative | 3D printing | |
| dc.subject.alternative | CO₂ adsorption | |
| dc.subject.alternative | H₂ removal | |
| dc.subject.alternative | γ-Al₂O₃ | |
| dc.subject.alternative | APTES functionalization | |
| dc.subject.alternative | Structured adsorbent materials | |
| dc.title | Ανάπτυξη δομημένων προσροφητικών υλικών με τρισδιάστατη εκτύπωση για την απομάκρυνση του CO₂ από H₂ | |
| dc.title.alternative | Development of structured adsorbent materials using 3D printing for CO₂ removal from H₂ |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ, ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΓΡΑΜΜΑΤΙΚΟΣ, 1095231.pdf
- Size:
- 3.69 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: