title: Μεθανοποίηση του CO2 σε καταλύτες Ρουθηνίου υποστηριγμένους σε Αμινο-αργίλους 
title: CO2 Methanation over Ru catalysts supported on Amino-C Lays
Creators: name: Καργα Παναγιωτα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2025

description: Το ενδιαφέρον για την αξιοποίηση του CO₂, με στόχο την μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και κατ΄ επέκτασιν τον περιορισμό των εκπομπών των  αερίων του θερμοκηπίου, έχει αυξηθεί σημαντικά τις τελευταίες δεκαετίες. Οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες σε συνδυασμό με την έντονη εξάρτηση της ενεργειακής παραγωγής από τα ορυκτά καύσιμα δημιουργούν ένα πεδίο διατάραξης της ισορροπίας μεταξύ εκπομπών και μηχανισμών απορρόφησης στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα την πρόκληση κλιματικών αλλαγών. Στην προσπάθεια αναζήτησης τεχνολογιών αξιοποίησης και διαχείρισης του CO₂, κατά καιρούς έχουν χρησιμοποιηθεί μέθοδοι όπως η μείωση εκπομπών μέσω ΑΠΕ, η δέσμευση και αποθήκευση του CO₂ σε γεωλογικούς σχηματισμούς καθώς και η μετατροπή του σε χρήσιμα χημικά προϊόντα. 
Μεταξύ αυτών, η καταλυτική υδρογόνωση του CO2 για την παραγωγή CH4, γνωστή και ως μεθανιοποίηση του CO2 ή αντίδραση Sabatier (CO2 + 4H2 ↔ CH4 + 2H2O, ΔHo= -164,7 kJ/mol) θεωρείται ένας εξαιρετικός τρόπος ανακύκλωσης του CO2. Η αντίδραση είναι εξώθερμη, θερμοδυναμικά ευνοημένη σε χαμηλές θερμοκρασίες (περίπου 200-400 °C), ωστόσο, κινητικά ελεγχόμενη (περιορισμένη) σε αυτή την θερμοκρασιακή περιοχή. Μεταξύ των διαφόρων μετάλλων, το Ni και το Ru είναι από τους πιο ενεργούς καταλύτες στην αντίδραση Sabatier και έχουν μελετηθεί εκτενώς σε μια προσπάθεια περαιτέρω ενίσχυσης της δραστικότητάς τους μέσω αλληλεπιδράσεων μετάλλου-φορέα ή άλλων στρατηγικών.
Στην παρούσα διπλωματική, μελετήθηκε η αντίδραση Sabatier, χρησιμοποιώντας καταλύτες Ru υποστηριγμένους σε φορείς συνθετικών ανάλογων αμινοαργίλων (ή SACA).Τα SACA είναι συνθετικά υλικά, τα οποία λόγω των ιδιοτήτων τους (διόγκωση, παρεμβολή και ανταλλαγή ιόντων) έχουν βρει εφαρμογή σε πολλούς τομείς, όπως είναι η κατάλυση, η προσρόφηση αερίων, στα νανοσύνθετα, στη βιοϊατρική και πολλά άλλα. O μοριακός τύπος των SACA που χρησιμοποιήθηκαν ήταν R8Si8M6O16(OH)4 (όπου R = -CH2CH2CH2NHCH2CH2NH2 και M τα Ce και La/Ce με μοριακή αναλογία 1:1) και παρασκευάστηκαν με την τεχνική sol-gel. Εν συνεχεία, πραγματοποιήθηκε η εναπόθεση του Ru στα SACA με τη μέθοδο του υγρού εμποτισμού και φόρτιση 3% w/w. Η καταλυτική ενεργότητα των καταλυτών Ru σε φορείς SACA διερευνήθηκε στην αντίδραση Sabatier σε θερμοκρασιακό εύρος 100-600ο C ενώ η καταλυτική τούς σταθερότητα στους 380οC σε 12ώρης διάρκειας πειράματα σταθερότητας.Από την αξιολόγηση των πειραματικών αποτελεσμάτων, διαπιστώθηκε η καλή απόδοση των υπό μελέτη υλικών, τόσο ως προς την παραγωγικότητα όσο και την εκλεκτικότητα  τους  σε CH4 , με σημαντική προοπτική εφαρμογής τους στην αντίδραση Sabatier.
 

description: Interest in utilizing CO₂ to reduce air pollution and limit greenhouse gas emissions has significantly increased in recent decades. Human activities, combined with the heavy reliance on fossil fuels for energy production, disturb the balance between emissions and absorption mechanisms in the atmosphere, resulting in climate change. In the quest for CO₂ utilization and management technologies, various methods have been employed, including reducing emissions through renewable energy sources, capturing and storing CO₂ in geological formations, and converting it into useful chemical products. One promising approach is the catalytic hydrogenation of CO₂ to produce CH₄, commonly known as CO₂ methanation or the Sabatier reaction (CO₂ + 4H₂ ↔ CH₄ + 2H₂O, ΔHo= -164.7 kJ/mol). This reaction is exothermic and thermodynamically favored at low temperatures (approximately 200–400 °C); however, it is kinetically limited within this temperature range. Among various metals, nickel (Ni) and ruthenium (Ru) are some of the most active catalysts in the Sabatier reaction and have been extensively studied to enhance their activity through metal-support interactions or other strategies. 
This thesis investigates the Sabatier reaction using Ru catalysts supported on synthetic amino clay analogues (SACA). These synthetic materials exhibit properties such as swelling, intercalation, and ion exchange, making them suitable for various applications, including catalysis, gas adsorption, nanocomposites, and biomedicine. The molecular formula of the SACAs used in this study is R₈Si₈M₆O₁₆(OH)₄, where R = -CH₂CH₂CH₂NHCH₂CH₂NH₂, and M is a combination of cerium (Ce) and lanthanum-cerium (La/Ce) in a 1:1 molar ratio. The SACAs were prepared using sol-gel technique. Ruthenium was deposited on the SACA supports through the wet impregnation method, achieving a loading of 3% w/w. The catalytic activity of the Ru catalysts on the SACA supports was investigated in the Sabatier reaction over a temperature range of 100–600 °C, and their catalytic stability was assessed at 380 °C during 12-hour stability tests. The evaluation of the experimental results indicated that the materials performed well in terms of both yield and selectivity for CH₄, highlighting their promising application potential in the Sabatier reaction.