title: Επίδραση της σύστασης του φορέα x% Al2O3 -y% CeO2 -z% ZrO2 (ACZ) στη θερμική σταθερότητα και ενεργότητα (στην οξείδωση του CO) νανοκαταλυτών Ir παρασκευασμένων με τη μέθοδο του υγρού εμποτισμού
title: The effect of x% Al2O3 -y% CeO2 -z% ZrO2 (ACZ) mixed oxide support composition on thermal stability and activity (in CO oxidation) of Ir-based catalysts prepared by wet impregnation method
Creators: name: Γκιατα Ουρανια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2021

description: Ένας από τους τρεις κύριους ρύπους που καλείται να αντιμετωπίσει ένας τριοδικός καταλυτικός μετατροπέας είναι το CO. Η αντίδραση μετατροπής του CO σε  CO2 είναι μια σχετικά απλή αντίδραση που έχει μελετηθεί αρκετά τα τελευταία χρόνια. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η χρήση καταλυτών Ιριδίου (Ιr) στην Περιβαλλοντική Κατάλυση και πιο συγκεκριμένα στην οξείδωση του CO. Το Ir αποτελεί ένα σχετικά φθηνό ευγενές μέταλλο, του οποίου η τάση για συσσωμάτωση στο φορέα, αποτελούσε το βασικό εμπόδιο στην εφαρμογή του. Έρευνες απέδειξαν την ικανότητα φορέων με υψηλές τιμές ευμετάβλητου οξυγόνου (OSC) στη σταθεροποίηση του Ir. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής, πραγματοποιήθηκε μελέτη της καταλυτικής ενεργότητας και θερμικής σταθερότητας καταλυτών Ir σε φορείς μικτών οξειδίων Al2O3 – CeΟ2-ZrΟ2. Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση του φορέα 60wt% Al2O3 – 40wt% Ce(x)Zr(1-x) με διαφορετικό λόγο σύστασης Ce/Zr (x=0, x=0.25, x=0.5 και x=0.75). Οι φορείς ACZ παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο της συγκαταβύθισης, ενώ η σύνθεση 1wt% Ir στους φορείς πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο του υγρού εμποτισμού. Οι καταλύτες μελετήθηκαν σε θερμοκρασιακό εύρος 100-450°C σε συνθήκες περίσσειας οξυγόνου. Η καταλυτική ενεργότητά τους μελετήθηκε σε δυο διαφορετικές συνθήκες προ-επεξεργασίας α) αναγωγικές και β) οξειδωτικές συνθήκες. Επιπλέον, μελετήθηκε η θερμική σταθερότητα των καταλυτών στους 320°C, ύστερα από την εφαρμογή συγκεκριμένων πρωτοκόλλων θερμικής γήρανσης. Ταυτόχρονα, μέσω διάφορων τεχνικών χαρακτηρισμού (μέθοδος Brunauer-Emmett-Teller (B.E.T), μέθοδος σκέδασης ακτινών Χ σε σκόνη (XRD), μέθοδος Θερμοπρογραμματιζόμενης αναγωγής με υδρογόνο (H2-TPR), μέθοδος εκλεκτικής χημειορόφησης (H2-Chemisorption/H2-Titrations)) αναλύθηκαν τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των καταλυτών Ir/ACZ. Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν, μπορεί να ειπωθεί ότι οι καταλύτες Ir/ACZ είναι ιδιαίτερα ενεργοί στην οξείδωση του CO και διατηρούν τη σταθερότητά τους στις συνθήκες που μελετήθηκαν. Επιπλέον, φαίνεται ότι οι καταλύτες συμπεριφέρονται καλύτερα κατά την προ ανηγμένη τους κατάσταση. Η δράση του φορέα της αλούμινας είναι πιο δραστική ως προς τις θερμοκρασίες μέγιστης μετατροπής του ρύπου. Η αυξημένη περιεκτικότητα σε ZrO2 όμως, φαίνεται να περιορίζει το φαινόμενο της αντίστροφης υστέρησης, που παρατηρείται εντονότερα στους προ ανηγμένους καταλύτες. Τα αποτελέσματα είναι πολλά υποσχόμενα για μελλοντική εφαρμογή σε καταλυτικά συστήματα, με περαιτέρω μελέτη των καταλυτών σε πολυπλοκότερες αντιδράσεις.

description: One of the three major pollutants, that a three-way catalytic converter has to deal with, is CO. CO to CO2 conversion, is a simple reaction that has been studied extensively in recent years. Of particular interest, is the use of Iridium catalysts in Environmental Catalysis and more specifically in the oxidation of CO. Iridium is a relatively inexpensive noble metal, whose tendency for agglomeration in the carrier was the main obstacle to its application. Research has shown the ability of high oxygen storage capacity (OSC) carriers to stabilize Ir.
     In the present thesis, the effect of the support on the activity and thermal stability of Ir-based catalysts under CO oxidation was studied. More specifically, the effect of 60wt% Al2O3 - 40wt% CexZr(1-x)O2 (ACZ) mixed oxide support with varying Ce/Zr composition (x=0, x=0.25, 0.5 and 0.75) was investigated in detail. Alumina-Ceria-Zirconia (ACZ) mixed oxide supports were synthesized by co-precipitation, while Iridium loading 1wt% was incorporated by wet impregnation method. Catalysts were studied in the temperature range of 100-450°C under conditions of excess oxygen. Their catalytic activity was studied under two different pretreatment conditions a) in reducing and b) in oxidizing conditions. Moreover, thermal stability experiments took place at the temperature of 320°C, after thermal aging conditions. At the same time, physicochemical properties of catalysts were analyzed through different characterization techniques (Brunauer-Emmett-Teller (B.E.T), Hydrogen Temperature Programmed Reduction (H2 – TPR), Η2 Chemisorption and Χ - Ray Powder Diffraction method (XRD)).
     According to the results, it can be said that Ir/ACZ catalysts are very effective in CO oxidation and they keep their thermal stability in the studied conditions. Moreover, it seems that catalysts behavior is better at their pre-reduced condition. Alumina supports seems to be more active over the maximum conversion temperatures of the pollutant. However, the increase of ZrO2 seems to reduce the reverse phenomenon, that is most observed at the pre-reduced catalysts. These results are very promising for future application, under the condition of further study in more difficult reactions.