Ξηρή αναμόρφωση του μεθανίου προς αέριο σύνθεσης σε περοβσκιτικού τύπου οξείδια La0.8Sr0.2Ni0.5M0.5O3 (M: Al, Mn, Fe, Cu, Zn, Ga)
Loading...
Date
2024-02-28
Authors
Μπογοσιάν, Δέσποινα
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Στην παρούσα εργασία μελετάται η ξηρή αναμόρφωση του μεθανίου (DRM) προς αέριο σύνθεσης (μείγμα H2 και CO) σε περοβσκιτικού τύπου οξείδια. Συγκεκριμένα, μελετώνται τα περοβσκιτικά οξείδια La0.8Sr0.2Ni0.5M0.5O3, όπου M: Al, Mn, Fe, Cu, Zn και Ga, καθώς και το περοβσκιτικό οξείδιο αναφοράς La0.8Sr0.2NiO3 ως καταλύτες DRM. Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις της ειδικής επιφάνειας των παρασκευασθέντων καταλυτών με τη μέθοδο BET, όπου παρατηρήθηκε ότι η μερική υποκατάσταση του Ni από Al, Mn, Fe, Zn και Ga οδηγεί σε αύξηση της ειδικής επιφάνειας του εκάστοτε περοβσκιτικού οξειδίου. Ακόμα, αξιοποιήθηκε η μη καταστροφική μέθοδος της περίθλαση ακτίνων-Χ (XRD) για τον προσδιορισμό των κρυσταλλικών φάσεων των υλικών μετά τη σύνθεσή τους. Οι καταλύτες LSN, LSNCu και LSNZn σχηματίζουν τη σταθερή περοβσκιτική φάση Sr0.5La1.5NiO4 και οι καταλύτες LSNAl, LSNFe, LSNGa και LSNMn εμφανίζουν κορυφές που αποδίδονται στην περοβσκιτική φάση LaNiO3. Στη συνέχεια, εξετάστηκε η αναγωγιμότητα των υλικών μέσω πειραμάτων θερμοπρογραμματιζόμενης αναγωγής με υδρογόνο (TPR-H2), όπου οι καταλύτες LSN και LSNCu έδειξαν πλήρη αναγωγή του περοβσκιτικού οξειδίου προς La2O3 και Ni, ενώ οι υπόλοιποι καταλύτες εμφάνισαν αντίσταση στην αναγωγή τους ή μικρή αναγωγιμότητα. Συγκεκριμένα, ο καταλύτης LSNAl διατηρεί τις σχηματιζόμενες περοβσκιτικές φάσεις LaNiO3 και LaAlO3 παρά την έκθεσή του σε αναγωγικό περιβάλλον σε υψηλή θερμοκρασία. Επιπλέον, διενεργήθηκαν πειράματα μελέτης της καταλυτικής απόδοσης, όπου παρατηρήθηκε η ακόλουθη σειρά δραστικότητας: LSNAl > LSNZn > LSNGa > LSNCu > LSNMn > LSNFe, με τον καταλύτη LSNAl να εμφανίζει σε θερμοκρασία 800 °C τις υψηλότερες μετατροπές CH4 και CO2 ίσες με 53.7% και 66.1%, αντίστοιχα. O καταλύτης LSNAl διατήρησε τις περοβσκιτικές φάσεις του κατά την έκθεσή του σε συνθήκες αντίδρασης. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν πειράματα μελέτης της καταλυτικής σταθερότητας στον πιο δραστικό καταλύτη LSNAl, αλλά και στον καταλύτη αναφοράς LSN. Ο υποκατεστημένος καταλύτης LSNAl επέδειξε υψηλή δραστικότητα και εξαιρετική σταθερότητα σε διάρκεια 30 ωρών υπό συνθήκες DRM στους 800 °C.
Η παρούσα εργασία αποτελείται από πέντε κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο συζητούνται τα παγκόσμια ενεργειακά ζητήματα, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του υδρογόνου ως φορέα ενέργειας, καθώς και οι βασικές μέθοδοι παρασκευής του. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή στην αντίδραση ξηρής αναμόρφωσης του μεθανίου, όπου αναφέρεται η επιθυμητή αντίδραση DRM και οι κυριότερες μη-επιθυμητές παράπλευρες αντιδράσεις, ενώ πραγματοποιείται και μια ανασκόπηση στους καταλύτες που χρησιμοποιούνται στην DRM. Το τρίτο κεφάλαιο αφορά το πειραματικό μέρος, δηλαδή αναφέρεται αναλυτικά ο τρόπος σύνθεσης των καταλυτών, οι τεχνικές φυσικοχημικού χαρακτηρισμού, καθώς και ο τρόπος διεξαγωγής των πειραμάτων μελέτης της καταλυτικής απόδοσης. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα των φυσικοχημικών χαρακτηρισμών, καθώς και των πειραμάτων μελέτης της καταλυτικής απόδοσης και σταθερότητας. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο παρατίθενται τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από την παρούσα εργασία και προτάσεις για μελλοντική έρευνα.
Description
Keywords
Ξηρή αναμόρφωση του μεθανίου, Αέριο σύνθεσης, Περοβσκίτες