title: Υδρογόνωση του CO2 προς παραγωγή μεθανίου σε υποστηριγμένα νάνο-σωματίδια Rh. Επίδραση του φορέα
title: CO2 hydrogenation for methane production on supported Rh-nanoparticles. Effect of the support
Creators: name: Φραγκος Ικαρος-Ολιβιερ
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2019

description: Στην εποχή μας η πλειοψηφία των ενεργιακών  μας αναγκών  καλύπτεται είτε άμεσα είτε έμεσα από την καύση ορυκτών καυσίμων, κύριο παράγωγο της οποίας είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Η αύξηση της συγκέντρωσης του CO2 στην ατμόσφαιρα, ως αποτέλεσμα της ανεξέλεγκτης χρήσης ορυκτών καυσίμων, αποτελεί έναν από τους κύριους παράγοντες που συμβάλλουν στην ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου επιφέροντας ανεπιθύμητες κλιματικές αλλαγές. Είναι επιτακτική, λοιπόν, η ανάγκη ανάπτυξης τεχνολογιών οι οποίες θα αντικαταστήσουν την χρήση ορυκτών καυσίμων και θα καταπολεμήσουν την συσσώρευση του CO2 στην ατμόσφαιρα. Μία πολλά υποσχόμενη λύση, η οποία είναι ικανή να προσφέρει λύσεις και στα δύα αυτά ζητήματα είναι η αντίδραση υδρογόνωσης του CO2  προς παραγωγή ενώσεων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτικά καύσιμα υψηλής ενεργειακής απόδοσης όπως π.χ. το μεθάνιο, το μονοξείδιο του άνθρακα και η μεθανόλη.
 Στην παρούσα διπλωματική μελετάται η καταλυτική αποδοτικότητα που έχουν τρείς καταλύτες ροδίου Rh, κάθε ένας εκ των οποίων υποστηρίζεται σε διαφορετικό φορέα, στην αντίδραση υδρογόνωσης του CO2 προς παραγωγή μεθανίου. Κατά την πειραματική διαδικασία που έλαβε χώρα παρασκευάστηκαν, χαρακτηρίστηκαν και δοκιμάστηκαν οι εξής καταλύτες: 1%Rh/Al2O3, 1%Rh/50%CeO250%ZrO2 και 1%Rh/80%Al2O310%CeO210%ZrO2.
Ακολούθησε μέτρηση της ολικής επιφάνειας SΒΕT (m2/g) και του πορώδους των φορέων και των καταλυτών γίνεται με τη μέθοδο BET μέσω των ισόθερμων προσρόφησης-εκρόφησης Ν2 στους -196°C. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν πειράματα καταλυτικής ενεργότητας στα οποία μελετήθηκε η απόδοση του κάθε καταλύτη στην αντίδραση υδρογόνωσης του CO2 προς παραγωγή μεθανίου (μεθανοποίηση).  Ποσότητα 50mg του κάθε καταλύτη τοποθετήθηκε σε αντιδραστήρα στερεάς κλίνης στον οποίο υπήρχε συνεχόμενη ροή 100 cm3/min αέριου μίγματος αναλογίας 20% H2, 5% CO2 και 75% αδρανές Ar, υπό πίεση 1atm. Στον αντιδραστήρα εφαρμόστηκε σταδιακή θέρμανση μέχρι τους 600oC με τις λήψεις χρωματογραφημάτων να γίνονται ανά 30oC.
Ο καταλύτης 1%Rh/80%Al2O310%CeO210%ZrO2 παρουσίασε τις υψηλότερες αποδόσεις στην αντίδραση υδρογόνωσης του CO2 με τον 1%Rh/ Al2O3 να παρουσιάζει πολύ κοντινές τιμές. Αντιθέτως ο 1%Rh/50%CeO250%ZrO2 παρουσίασε αρκετά χαμηλότερες αποδόσεις.

description: In our times the majority of our energy needs is being covered by burning fossil fuels, which leads to increased levels of carbon dioxide CO2 in emissions. The increase of CO2 concentrations in the atmosphere, as a result of the uncontrolled usage rate of fossil fuels, is one of the main reasons that cause the enhancing of the Greenhouse Effect leading to global climate changes. There is an urgent need for the development of technologies that will replace the use of fossil fuels and reduce the accumulation of CO2 in the atmosphere. A very promising solution, which covers both needs, is the CO2 hydrogenation reaction, a process that produces environmental friendly fuels of high energy conten such as methane, carbon monoxide and methanol.
The aim of this thesis is to study the catalytic efficiency of three rhodium Rh catalysts, each of which is supported on a different support, in the hydrogenation of CO2 reaction for the production of methane CH4. During the experimental procedure we prepared, characterized and tested the following catalysts: 1%Rh/Al2O3, 1%Rh/50%CeO250%ZrO2 and 1%Rh/80%Al2O310%CeO210%ZrO2. 
The preparation of the catalysts was followed by the experimental procedure of BET for the specific surface area analysis of each of the catalysts. Then, the catalytic performance at the CO2 hydrogenation reaction for the production of methane (methanation) of these catalysts was studied by a catalytic activity experimental procedure. An amount of 50mg of the catalyst was loaded in a fixed bed reactor fed with a constant 100 cm3/min flow of a gas mixture composed of 20% H2, 5% CO2 and 75% Ar under 1 atm pressure. The reactor was gradually heated up to 600oC, while every 30oC the reaction products were being analyzed with on-line gas chromatography.
The 1%Rh/80%Al2O310%CeO210%ZrO2 catalyst had the best catalytic performance at the CO2 hydrogenation reaction while the 1%Rh/Al2O3 catalyst had a very similar performance. On the contrary the 1%Rh/50%CeO250%ZrO2 had a significantly lower performance.