Μελέτη του μηχανισμού αναμόρφωσης της αιθανόλης και της ακεταλδεΰδης σε μεταλλικούς καταλύτες, σε χαμηλές θερμοκρασίες
Authors: Κουρτελέσης Μάριος 
Published: September 2021

Οι συνεχώς αυξανόμενες ανησυχίες αναφορικά με την ενεργειακή κρίση (εξάντληση των πόρων των ορυκτών καυσίμων) καθώς και τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα του πλανήτη, οι οποίες είναι αποτέλεσμα των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, έχουν οδηγήσει σε προσπάθειες για την εξεύρεση βιώσιμων και ανανεώσιμων ενεργειακών φορέων. Η χρήση του υδρογόνου ως φορέα ενέργειας σε συνδυασμό με τα συστήματα κελιών καυσίμου, μπορεί να οδηγήσει σε μειωμένες η μηδενικές εκπομπές άνθρακα και μηδενικές εκπομπές ατμοσφαιρικών ρύπων. Η μελέτη της αντίδρασης αναμόρφωσης της αιθανόλης σε χαμηλές θερμοκρασίες (300-500 0C) εμφανίζεται ως μια πολύ ελκυστική εναλλακτική για την παραγωγή υδρογόνου και έχει κερδίσει το ενδιαφέρον των ερευνητών κατά τις τελευταίες δεκαετίες. Στην παρούσα διατριβή, αρχικά μελετήθηκε η συμπεριφορά καταλυτών Pt και Ni για την αντίδραση αναμόρφωσης της αιθανόλης με ατμό σε χαμηλές θερμοκρασίες. Ελήφθησαν σημαντικές πληροφορίες αναφορικά με το ρόλο της προσθήκης Pt στον καταλύτη Ni/CeO2, ειδικότερα σε ότι αφορά τη βελτίωση της σταθερότητάς του, ενώ μελετήθηκε και η επίδραση της μορφολογίας του φορέα CeO2 στο μηχανισμό απενεργοποίησης καταλυτών Pt/CeO2. Η μελέτη της σταθερότητας ενός καταλύτη 0.5% Pt/γ-Al2O3 φανέρωσε την απενεργοποίησή του σε θερμοκρασίες άνω των 400 0C, υποδεικνύοντας τον πιθανό ρόλο της ακεταλδεΰδης που παράγεται από την αφυδρογόνωση της αιθανόλης στο σχηματισμό άνθρακα στη διεπιφάνεια μετάλλου-φορέα. Έτσι, με στόχο τη διερεύνηση του ρόλου της ακεταλδεΰδης, στη συνέχεια μελετήθηκε η σταθερότητα στηριγμένων καταλυτών Pt υπό συνθήκες αναμόρφωσης της ακεταλδεΰδης με ατμό. Διερευνήθηκε η επίδραση της μείωσης της οξύτητας του καταλύτη Pt/γ-Al2O3, μέσω της τροποποίησης με την προσθήκη Ca, στην καταλυτική σταθερότητα. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η επίδραση της φύσης του φορέα (CeO2, ZrO2, La2O3 και SiO2) στη σταθερότητα καταλυτών Pt υπό ροή μίγματος ακεταλδεΰδης/ατμού. Ακολούθως, στα πλαίσια του διαχωρισμού της διεργασίας αναμόρφωσης της αιθανόλης με ατμό σε 2 στάδια, με στόχο τη μεγιστοποίηση του παραγόμενου υδρογόνου (το 1ο στάδιο αφορά την αφυδρογόνωση της αιθανόλης και το 2ο την αντίδραση αναμόρφωσης της παραγόμενης ακεταλδεΰδης), μελετήθηκε η ενεργότητα, η εκλεκτικότητα και η σταθερότητα στηριγμένων καταλυτών που βασίζονται στο Co, για την αντίδραση αναμόρφωσης της ακεταλδεΰδης με ατμό. Παρατηρήθηκε σημαντική εξάρτηση της καταλυτικής συμπεριφοράς από τις δομικές παραμέτρους των καταλυτικών υλικών, με τους καταλύτες 10% Co/γ-Al2O3 και 20% Co/SiO2 που χαρακτηρίζονταν από τα μικρότερα μεγέθη κρυσταλλιτών του Co, να επιδεικνύουν ικανοποιητική ενεργότητα και εκλεκτικότητα προς H2, ενώ ταυτόχρονα, παρουσιάστηκαν αρκετά σταθεροί υπό συνθήκες αναμόρφωσης της ακεταλδεΰδης με ατμό, εμφανίζοντας τις μικρότερες ποσότητες ανθρακικών επικαθίσεων. Τέλος, διερευνήθηκε το δίκτυο της αντίδρασης αναμόρφωσης της ακεταλδεΰδης με ατμό των υποστηριγμένων καταλυτών Co, και λήφθηκαν πληροφορίες σχετικά με το ρόλο του φορέα, του μετάλλου και της μεταλλικής φόρτισης στο μηχανισμό της αντίδρασης και, πιο συγκεκριμένα, στα ενδιάμεσα ροφημένα είδη που σχηματίζονται στην επιφάνεια των καταλυτών καθώς και στα προϊόντα που ανιχνεύονται στην αέρια φάση.