Η επίδραση αλκαλιμετάλλων (Na, Cs) στην ενερ-γότητα και εκλεκτικότητα καταλυτών Ni/TiO2 για την υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα
Loading...
Date
2025-07-03
Authors
Δημητρόπουλος, Ιωάννης
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η αυξανόμενη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) στην ατμόσφαιρα, ως συνέπεια της ανθρώπινης δραστηριότητας, συνιστά έναν από τους βασικούς παράγοντες επιδείνωσης του φαινο-μένου του θερμοκηπίου και της κλιματικής αλλαγής. Η χημική μετατροπή του CO₂ σε χρήσιμα προϊό-ντα όπως μονοξείδιο του άνθρακα (CO), μεθάνιο (CH₄) και μεθανόλη, μέσω της υδρογόνωσης, αποτε-λεί μια ελκυστική τεχνολογική λύση για τον περιορισμό των εκπομπών και την παραγωγή συνθετικών καυσίμων.
Η παρούσα εργασία εστιάζει στην καταλυτική υδρογόνωση του CO₂, με στόχο τον προσδιορισμό της επίδρασης των αλκαλιμετάλλων νατρίου (Na) και καισίου (Cs) επί της ενεργότητας και εκλεκτικό-τητας καταλυτών Ni/TiO₂. Οι καταλύτες με βάση το νικέλιο υποστηριγμένο σε διοξείδιο του τιτανίου (Ni/TiO₂) αποτελούν ένα αποδοτικό σύστημα για την υδρογόνωση του CO₂, λόγω της υψηλής ενεργό-τητας του νικελίου και των ιδιαίτερων φυσικοχημικών χαρακτηριστικών του TiO₂ ως φορέα. Το TiO₂, ειδικά σε μικτές φάσεις ανατάση–ρουτιλίου, ευνοεί την ισχυρή αλληλεπίδραση μετάλλου–φορέα διευκολύνοντας την ενεργοποίηση του CO₂. Η προσθήκη αλκαλιμετάλλων όπως το νάτριο (Na) και το καίσιο (Cs) λειτουργεί προωθητικά, επηρεάζοντας είτε τη δομή είτε την ηλεκτρονική συμπεριφορά του καταλύτη. Συγκεκριμένα, αυξάνουν τη βασικότητα της επιφάνειας και τροποποιούν τις ιδιότητες προσρόφησης, ενισχύοντας ή ανακατευθύνοντας την πορεία της αντίδρασης. Η κατάλληλη επιλογή και συγκέντρωση του προωθητή μπορεί να επηρεάσει την εκλεκτικότητα της αντίδρασης, προωθώ-ντας είτε τη μεθανοποίηση είτε την παραγωγή CO μέσω της RWGS.
Οι καταλύτες παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο του υγρού εμποτισμού, ενώ ο χαρακτηρισμός τους πραγματοποιήθηκε μέσω συνδυασμού πειραματικών τεχνικών, περιλαμβανομένων περίθλασης ακτί-νων Χ (XRD), ρόφησης/εκρόφησης αζώτου (BET), ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διέλευσης (TEM) και θερμοπρογραμματιζόμενης αναγωγής (TPR). Η πειραματική αξιολόγηση της καταλυτικής τους συ-μπεριφοράς έλαβε χώρα σε αντιδραστήρα σταθερής κλίνης, υπό συνθήκες διαφορετικής στοιχειομε-τρίας H₂/CO₂ (1:1 και 4:1) και σε εύρος θερμοκρασιών έως 450 °C. Η ανάλυση των προϊόντων της α-ντίδρασης πραγματοποιήθηκε με χρήση φασματοσκοπίας υπερύθρου (IR).
Τα καταλυτικά πειράματα έδειξαν ότι η προσθήκη Na και Cs στους καταλύτες Ni/TiO₂ επηρεάζει έντονα τόσο τη μετατροπή του CO₂ όσο και την εκλεκτικότητα των προϊόντων. Το Na βελτίωσε σημα-ντικά τη μετατροπή και ενίσχυσε την παραγωγή του CΟ. Το Cs προώθησε την παραγωγή CO, ιδιαίτε-ρα σε υψηλές συγκεντρώσεις, υποδεικνύοντας εκλεκτικότητα προς την αντίδραση RWGS. Σε υψηλό-τερη περιεκτικότητα Cs παρατηρήθηκε αισθητή μείωση της καταλυτικής απόδοσης, γεγονός που συνδέεται με την κάλυψη ενεργών κέντρων. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι η φύση και συγκέ-ντρωση του αλκαλιμετάλλου ρυθμίζουν κρίσιμα τον καταλυτικό μηχανισμό και την κατανομή προϊό-ντων.
Description
Keywords
Υδρογόνωση, Διοξείδιο του άνθρακα