Σύνθεση μεσοπορωδών καταλυτών οξειδίου του νικελίου μέσω της μεθόδου σκληρού εκμαγείου:
Creators: name: Σκούφα, Ζηνοβία Απόστολου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Αιθάνιο
Οξείδιο του νικελίου
Μεσοπορώδη υλικά
Ethane
Nickel oxide
Mesoporous materials

description: Η σύνθεση πορωδών υλικών μέσω της μεθόδου σκληρού εκμαγείου (Hard Templating method), με τελικό σκοπό την εφαρμογή τους σε καταλυτικές αντιδράσεις αποτελεί ιδιαίτερα ενδιαφέρον και αναπτυσσόμενο ερευνητικό πεδίο. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σύνθεση οξειδίου του νικελίου με μεσοπορώδη δομή μέσω της μεθόδου σκληρού εκμαγείου. Ως εκμαγεία/καλούπια χρησιμοποιήθηκαν δύο δείγματα εμπορικής μεσοπορώδους πυριτίας με διαφορετική δομή, τα MCM-41 και ΚΙΤ-6. Όλα τα δείγματα χαρακτηρίστηκαν ως προς την ειδική τους επιφάνεια, το πορώδες και τις κρυσταλλικές φάσεις, ενώ οι οξειδοαναγωγικές ιδιότητες των καταλυτών μελετήθηκαν μέσω πειραμάτων θερμοπρογραμματιζόμενης αναγωγής με υδρογόνο. Κατά την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων, εξετάστηκε η επίδραση του ποσοστού φόρτισης του εκμαγείου (MCM-41 ή KIT-6) με NiO, καθώς επίσης και η επίδραση της μεθόδου παρασκευής των καταλυτών. Όλοι οι καταλύτες NiO που παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο του σκληρού εκμαγείου παρουσιάζουν σημαντικά μεγαλύτερη ειδική επιφάνεια σε σχέση με το απλό οξείδιο του νικελίου που παρασκευάστηκε μέσω απευθείας πύρωσης του πρόδρομου νιτρικού άλατος. Το γεγονός αυτό καταδεικνύει τη δυνατότητα χρήσης της μεθόδου αυτής για την παρασκευή καταλυτών NiO με σχετικά μεγάλη ειδική επιφάνεια. Τέλος, όλοι οι καταλύτες δοκιμάστηκαν στην αντίδραση οξειδωτικής αφυδρογόνωσης του αιθανίου για την παραγωγή αιθυλενίου, και αποδείχτηκαν ενεργοί σε σχετικά χαμηλές θερμοκασίες (300-400οC). Γενικά, όλα τα καταλυτικά υλικά που παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο του σκληρού εκμαγείου εμφάνισαν υψηλότερη εκλεκτικότητα προς αιθυλένιο από το απλό οξείδιο του νικελίου. Η μέθοδος εμποτισμού του νικελίου στο μεσοπορώδες καλούπι καθώς και το είδος του εκμαγείου παίζουν καθοριστικό ρόλο στην εκλεκτικότητα των καταλυτών προς αιθυλένιο. Ο καταλύτης NiO/MCM-2-68 με ειδική επιφάνεια 63 m2/gr και μέγεθος κρυστάλλων NiO 29 nm, που παρασκευάστηκε με εμποτισμό του MCM-41 με νικέλιο σε υδατικό διάλυμα και σε ποσοστό που αντιστοιχεί σε 68% κ.β. φόρτιση σε NiO, εμφανίζει την υψηλότερη εκλεκτικότητα προς αιθυλένιο (≈50%).
description: The use of hard Hard Templating method for the synthesis of materials with the ultimate purpose of their application in catalytic reactions is a significant and growing research field. The purpose of this thesis is the synthesis of nickel oxide samples with mesoporous structure via the hard template method. As templates/ molds, two commercial samples of mesoporous silica with different structure were used, MCM-41 and KIT -6. All samples were characterized as to their specific surface area, porosity and crystalline phases, while the redox properties of the catalysts were studied by conducting temperature programmed hydrogen reduction experiments. The effect of nickel oxide loading in the silica/NiO composite material, as well as the effect of the preparation method of the catalysts were systematically investigated. All NiO catalysts prepared by the Hard Templating method exhibit a considerably greater specific surface area than the conventional nickel oxide sample, prepared via direct cacination of the nitrate salt precursor. This demonstrates the potential in the use of this method for the preparation of NiO catalysts with high specific surface area. Finally, all the catalysts were tested in the ethane oxidative dehydrogenation reaction for the production of ethylene. Generally, all the catalytic materials were prepared by the Hard Templating method exhibited higher ethylene selectivity than the conventional nickel oxide catalyst. The method of NiO impregnation on the silica template and the type of template play a key role in the catalyst selectivity to ethylene. The catalyst NiO/MCM-2-68 with surface area of 68 m2/gr and NiO crystal size of 29 nm, which was prepared by impregnation of MCM-41 with an aqueous solution of nickel nitrate at 68 % wt loading in NiO, showed the highest selectivity to ethylene (≈ 50%).