Μελέτη της υδρογόνωσης του διοξειδίου του άνθρακα σε υποστηριγμένους καταλύτες κοβαλτίου και ρουθηνίου
| datacite.contributor.RelatedPerson | Μπογοσιάν, Σογoμών | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Μανίκας, Αναστάσιος | |
| datacite.contributor.Supervisor | Κυριακού, Γεώργιος | |
| dc.contributor.author | Δραγατογιάννης, Δημήτρης | |
| dc.contributor.other | Dragatogiannis, Dimitris | |
| dc.date.accessioned | 2026-07-08T08:11:57Z | |
| dc.date.available | 2026-07-08T08:11:57Z | |
| dc.date.issued | 2026-07-06 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.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. | |
| dc.description.translatedabstract | Climate change is one of the biggest challenges of our era, with the ever-increasing carbon dioxide (CO2) emissions being a major contributor to the rise in the planet’s average mean temperature. One attractive strategy for decreasing emissions while offering a pathway to useful chemical products and fuels is CO2 capture and utilization through catalytic reactions. The hydrogenation of CO2 can result in either methane via the Sabatier reaction or carbon monoxide via the reverse water-gas shift (RWGS) reaction as products. For the catalytic hydrogenation of CO2 many noble metal-based catalysts such as ruthenium (Ru) have been extensively studied to promote these reactions because of their high activi-ty. Alternative catalytic systems based on cheaper transition metals such as cobalt (Co) are also being studied. In this work, we highlight the influence of the metal type (Co or Ru), the loading, the precursor and the preparation solvent on the catalytic hydrogenation of CO2 using cobalt- and ruthenium-supported titanium dioxide catalysts (Co/TiO2 and Ru/TiO2). The physicochemical properties of the prepared catalysts using the wet impregnation method were studied by techniques such as XRD, BET, XPS, XRF, H2-TPR and TEM. Their catalytic performance was evaluated in a fixed-bed reactor at atmos-pheric pressure in the same temperature range (150-450 ⁰C), with different CO2:H2 feed ratios of 1:1, 1:4 and 1:7 and the reactant flow rate of 200 mL min-1. The results indicated that Ru catalysts were more active and selective for CH4 than Co/TiO2 catalysts, which were more productive and selective for CO. The best overall performance was obtained by the catalyst derived from the nitrate precursor, while a decrease in activity was observed for the chloride precursor due to the poisoning of active sites by chlorine species. In addition, it was found that the effect of preparation solvent on cobalt catalysts was negligible, as the use of water or ethanol did not significantly affect the catalytic behavior. In terms of metal loading, the catalyst with higher Co content was more active for methane formation than the catalyst with lower metal loading, with a strong correlation between the metal loading and the domi-nant CO2 conversion pathway. Finally, the turnover frequency (TOF) values for CO2 conversion of the Co/TiO2 catalysts are comparable to those of Ru/TiO2 catalysts at high temperatures (450 ⁰C), despite the lower intrinsic activity of Co/TiO2 catalysts, highlighting cobalt as a highly attractive and more eco-nomical alternative to noble metals for the hydrogenation of CO2. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/32380 | |
| 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 | Υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα | |
| dc.subject | Καταλύτες κοβαλτίου και ρουθηνίου | |
| dc.subject | Αντίδραση αντίστροφης μετατόπισης νερού ατμού | |
| dc.subject | Αντίδραση μεθανοποίησης | |
| dc.subject | Επίδραση πρόδρομης ένωσης | |
| dc.subject | Επίδραση φορτίου μετάλλου | |
| dc.subject | Επίδραση διαλύτη | |
| dc.subject.alternative | RWGS reaction | |
| dc.subject.alternative | Cobalt and Ruthenium catalysts | |
| dc.subject.alternative | CO2 hydrogenation | |
| dc.subject.alternative | Sabatier reaction | |
| dc.subject.alternative | TiO2 | |
| dc.title | Μελέτη της υδρογόνωσης του διοξειδίου του άνθρακα σε υποστηριγμένους καταλύτες κοβαλτίου και ρουθηνίου | |
| dc.title.alternative | Study of carbon dioxide hydrogenation over supported cobalt and ruthenium catalysts |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
- Name:
- Διπλωματική Δημήτρη Δραγατογιάννη.pdf
- Size:
- 7.31 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: