Μελέτη της υδρογόνωσης του διοξειδίου του άνθρακα σε υποστηριγμένους καταλύτες κοβαλτίου και ρουθηνίου
Loading...
Date
2026-07-06
Authors
Δραγατογιάννης, Δημήτρης
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η κλιματική αλλαγή αποτελεί μία από τις σημαντικότερες προκλήσεις της σύγχρονης εποχής, καθώς η συνεχής αύξηση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (CO2) συμβάλλει σημαντικά στην άνοδο της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη. Η δέσμευση και αξιοποίηση του CO2 μέσω καταλυτικών αντιδράσεων αποτελεί μία υποσχόμενη στρατηγική για τη μείωση των εκπομπών του, ενώ παράλληλα επιτρέπει την παραγωγή χρήσιμων χημικών προϊόντων και καυσίμων. Η υδρογόνωση του CO2 μπορεί να οδηγήσει είτε στην παραγωγή μεθανίου μέσω της αντίδρασης Sabatier είτε στην παραγωγή μονοξειδίου του άνθρακα μέσω της αντίδρασης αντίστροφης μετατόπισης νερού ατμού (RWGS). Για την προώθηση των αντιδράσεων αυτών έχουν μελετηθεί εκτενώς καταλύτες βασισμένοι σε ευγενή μέταλλα, όπως το ρουθήνιο (Ru) λόγω της υψηλής του δραστικότητας ενώ ταυτόχρονα διερευνάται δυνατότητα χρήσης οικονομικότερων μετάλλων μετάπτωσης, όπως το κοβάλτιο (Co) ως εναλλακτικών καταλυτικών συστημάτων. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν καταλύτες κοβαλτίου πάνω σε οξείδιο του τιτανίου (Co/TiO2) και ρουθηνίου πάνω σε οξείδιο του τιτανίου (Ru/TiO2) με στόχο τη διερεύνηση της επίδρασης του είδους του μετάλλου, της φόρτισης, της πρόδρομης ένωσης και του διαλύτη παρασκευής στην καταλυτική υδρογόνωση του CO2. Για τον χαρακτηρισμό των καταλυτών που παρασκευάσθηκαν ώστε να διερευνηθούν τα φυσικοχημικά τους χαρακτηριστικά χρησιμοποιήθηκαν οι τεχνικές: XRD, BET, XPS, XRF, H2-TPR και TEM. H καταλυτική τους συμπεριφορά αξιολογήθηκε στο ίδιο εύρος θερμοκρασιών (150-450 ⁰C) και για διαφορετικές αναλογίες τροφοδοσίας CO2:H2 = 1:1/1:4/1:7 σε έναν αντιδραστήρα σταθερής κλίνης υπό ατμοσφαιρική πίεση και υπό ροή αντιδρώντων 200 mL min-1. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι καταλύτες Ru εμφανίζουν υψηλότερη δραστικότητα και εκλεκτικότητα προς CH4 σε σύγκριση με τους καταλύτες Co/TiO2, οι οποίοι παρουσιάζουν μεγαλύτερη απόδοση και εκλεκτικότητα σε CO. Μεταξύ των καταλυτών ρουθηνίου, ο καταλύτης από πρόδρομη νιτρικών παρουσίασε την καλύτερη συνολική απόδοση, ενώ η χρήση πρόδρομης ένωσης με χλώρια οδήγησε σε μείωση της δραστικότητας, γεγονός που αποδίδεται στη δηλητηρίαση των ενεργών κέντρων από τα είδη χλωρίου. Επιπλέον, η επίδραση του διαλύτη παρασκευής στους καταλύτες κοβαλτίου αποδείχθηκε αμελητέα, καθώς η χρήση νερού ή αιθανόλης δεν επηρέασε ουσιαστικά την καταλυτική συμπεριφορά. Όσον αφορά τη φόρτιση μετάλλου, ο καταλύτης με τη μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε Co παρουσίασε υψηλότερη δραστικότητα προς τον σχηματισμό μεθανίου σε σύγκριση με τον καταλύτη χαμηλότερης φόρτισης, αναδεικνύοντας έτσι την στενή συσχέτιση μεταξύ φόρτισης μετάλλου και επικρατούσας οδού μετατροπής του CO2. Τέλος παρατηρήθηκε ότι παρά τη χαμηλότερη εγγενή δραστικότητα των καταλυτών Co/TiO2, οι τιμές TOF για την μετατροπή του CO2 προσεγγίζουν εκείνες των καταλυτών Ru/TiO2 σε υψηλές θερμοκρασίες, γεγονός που αναδεικνύει το κοβάλτιο ως μία ιδιαίτερα ελκυστική και οικονομικότερη εναλλακτική λύση έναντι των ευγενών μετάλλων.
Description
Keywords
Υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα, Καταλύτες κοβαλτίου και ρουθηνίου, Αντίδραση αντίστροφης μετατόπισης νερού ατμού, Αντίδραση μεθανοποίησης, Επίδραση πρόδρομης ένωσης, Επίδραση φορτίου μετάλλου, Επίδραση διαλύτη