title: Φυσικοχημικός και δομικός χαρακτηρισμός υποστηριγμένων καταλυτών Ir, Rh και Ru για εφαρμογές βιομηχανικού και περιβαλλοντικού ενδιαφέροντος: καταλυτική τους αξιολόγηση στην υδρογόνωση του CO2
Creators: name: Μπετση-Αργυροπουλου Ιωαννα-Ηδυλη
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2017

description: Ένα σημαντικό μέρος της σημερινής ενέργειας προέρχεται από τα ορυκτά καύσιμα, τα οποία οδηγούν σε αυξημένη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα (CO2) στην ατμόσφαιρα και ως εκ τούτου προκαλούν την υπερθέρμανση του πλανήτη μέσω του φαινομένου του θερμοκηπίου, το οποίο επιφέρει διάφορες κλιματικές αλλαγές. Έτσι τα τελευταία χρόνια πραγματοποιούνται ερευνητικά, προσπάθειες για την ελάττωση του CO2. Μεταξύ των υποσχόμενων διαδικασιών αξιοποίησης είναι η υδρογόνωση του CO2, η οποία παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς μειώνει αποτελεσματικά το διοξείδιο του άνθρακα, ενώ ταυτόχρονα παράγει χημικά και καύσιμα υψηλής προστιθέμενης αξίας, όπως προϊόντα μονοξείδιου του άνθρακα, μεθάνιο, μεθανόλη, υδρογονάνθρακες. 
Ο στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη ορισμένων καταλυτών Ir, Ru και με Rh και η καταλυτική αποδοτικότητα τους όσον αφορά την αντίδραση της μεθανιοποίησης του CO2. Συγκεκριμένα χαρακτηρίστηκαν και δοκιμάστηκαν οι παρακάτω καταλύτες: 1%Ir/Al2O3, 1%Ir/CeO2ZrO2, 1%Ir/ Al2O3CeO2ZrO2, 1%Ru/Al2O3, 1%Ru/CeO2ZrO2, 1%Ru/Al2O3CeO2ZrO2, 1%Rh/ Al2O3, 1%Rh/ CeO2ZrO2, 1%Rh/ Al2O3CeO2ZrO2.
Αρχικά πραγματοποιήθηκαν πειράματα για τον χαρακτηρισμό των εν λόγω καταλυτών. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν πειράματα θερμοπρογραμματιζόμενης αναγωγής με υδρογόνο (Η2-TPR), μια μέθοδο που χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της ικανότητας αναγωγής του καταλύτη με υδρογόνο, πειράματα μεθόδου εκλεκτικής χημειορρόφησης (H2 titration) για τον υπολογισμό της μέσης διαμέτρου των σωματιδίων της ενεργού φάσης και τη διασπορά τους στο φορέα, και πειράματα τεχνικής B.E.T για την μέτρηση της ολικής ειδικής επιφάνειας. 
Για τους παραπάνω καταλύτες στη συνέχεια μελετήθηκε και η καταλυτική αντίδραση υδρογόνωσης του διοξειδίου του άνθρακα ( CO2 Hydrogenation) με κύριο επιζητούμενο προϊόν το μεθάνιο( μεθανιοποίηση του CO2). Για την αντίδραση υδρογόνωσης του CO2 στην μελέτη της καταλυτικής ενεργότητας του εκάστοτε καταλυτικού υλικού δοκιμάζεται ποσότητα 0,05g, στον αντιδραστήρα. Για να μελετηθεί η ενεργότητα του εκάστοτε καταλύτη, διοχετεύεται αέριο μίγμα σε αναλογία τροφοδοσίας: H2/CO2=4, και συγκεκριμένα 20% H2, 5% CO2 και το υπόλοιπο αργό (Ar), πίεση p=1atm  σε συνολική ροή 50cm3/min ή 100 cm3/min εντός του αντιδραστήρα και σταδιακά αυξάνεται η θερμοκρασία του αντιδραστήρα, μέχρι περίπου τους 600˚C, με ανάλυση των προϊόντων μέσω on-line αέριας χρωματογραφίας ανά 30οC.
 Επίσης μελετάται η καταλυτική σταθερότητα των καταλυτών για αυτή την αντίδραση. Η διαδικασία είναι όμοια με αυτή της μελέτης της καταλυτικής ενεργότητας, με τη διαφορά πως τα χρωματογραφήματα λαμβάνονται ανά μία ώρα για 5 h σε σταθερή θερμοκρασία (380οC), η οποία επιλέχθηκε ως μία μέση τιμή βέλτιστης απόδοσης για σύγκριση μεταξύ των εν λόγω καταλυτών. 
description: A major part of today’s energy derives from fossil fuels, which result in increased carbon dioxide (CO2) concentration in the atmosphere and thereby causing global warming through the greenhouse effect. In recent years, research efforts have been made to reduce CO2. Among the promising exploitation processes is CO2 hydrogenation, which is of particular interest, as it effectively reduces carbon dioxide while producing high value added chemicals and fuels, such as carbon monoxide, methane, methanol, and hydrocarbons.
The aim of this thesis is the study of certain Ir, Ru, Rh based catalysts and their catalytic performance with respect to the reaction of CO2 hydrogenation. The following catalysts were characterized and tested: 1%Ir/ Al2O3, 1%Ir/ CeO2ZrO2, 1%Ir/ Al2O3CeO2ZrO2, 1%Ru/ Al2O3, 1%Ru/ CeO2ZrO2, 1%Ru/ Al2O3CeO2ZrO2, 1%Rh/ Al2O3, 1%Rh/ CeO2ZrO2, 1%Rh/ Al2O3CeO2ZrO2.
Initially, experiments were carried out to characterize these catalysts. In particular, Temperature- programmed hydrogen reduction (H2-TPR) experiments were carried out, a method used to assess the hydrogen reduction capacity of the catalyst, H2 chemisprption (H2-titration) experiments to calculate the mean diameter of the spherical particles and metal dispersion in the support, and BET method experiments to measure the total surface area.
The catalytic performance of the above catalysts was also studied for the reaction of hydrogenation of carbon dioxide (CO2 Hydrogenation) to methane production (methanation of CO2). For the study of the catalytic activity of each catalytic material, 0.05 g is tested in the reactor, while gas mix passes through the reactor (feedback ratio: H2/ CO2=4 and specifically 20% H2, 5% CO2, 75% Ar and a total flow rate of 50 cm3 / min or 100 cm3 / min). The reactor temperature is gradually increased to 600οC, while the reaction products are being analyzed every 30οC with on-line gas chromatography. 
Furthermore, the catalytic stability of the catalysts for this reaction is studied. The procedure is similar to that of the catalytic activity study, with the diffwrence that chromatograms are received every hour, for 5 hrs at a constant temperature (380οC), which was chosen as an average optimum yield value for comparison between catalysts studied.