Pobierz opis

Piotr Rybak
[email protected]
Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej
Wydział Chemii, Zakład Technologii Chemicznej
„Konwersja etanolu do wodoru na nośnikowych katalizatorach kobaltowych”
Wodór rozważany jest jako przyszłościowy nośnik energii, jednak jego przechowywanie
i transport stanowi obecnie technologiczne i ekonomiczne wyzwanie. Użycie biopaliw, takich
jak etanol, jako nośników wodoru może stanowić atrakcyjną opcję. Produkcja wodoru
z etanolu może mieć miejsce w procesie reformingu parowego. Obecnie sugeruje się użycie
różnych katalizatorów oraz różne mechanizmy jego reakcji, natomiast brakuje jednego
kierunku rozwoju układów katalitycznych do tego procesu.
Celem
pracy
jest
(i) opracowanie
wysoko-aktywnego,
wysoko-selektywnego,
niezawęglającego się i stabilnego katalizatora z kobaltową fazą aktywną osadzoną
na nośnikach CeO2, ZrxCe1-xO2, ZrO2, dla nisko-temperaturowego reformingu parowego
i/lub parowo-tlenowego etanolu, (ii) określenie optymalnych warunków procesu reformingu
parowego i/lub parowo-tlenowego etanolu oraz (iii) określenie roli rodzaju nośnika, dyspersji
fazy kobaltowej i innych właściwości fizykochemicznych w determinowaniu efektów
katalitycznych.
Tlenki kobaltu stanowią podstawowy komponent katalizatorów, który jako faza
aktywna osadzona jest na tlenkowych nośnikach w postaci tlenków ceru i cyrkonu oraz
mieszanych (tlenki cerowo-cyrkonowe). Ponadto, katalizatory poddawane są modyfikacjom
w celu polepszenia ich redukowalności (dodatek miedzi), czy ograniczenia zjawiska
zawęglania (promowanie potasem). Do preparatyki katalizatorów zostanie zastosowana
metoda impregnacji z kompleksów metaloorganicznych. Metodologia projektu polega
na zastosowaniu
szczegółowej
szerokiego
wiedzy
wachlarza
na temat:
technik
(i) struktury
eksperymentalnych
pracującej
powierzchni
do uzyskania
katalizatora,
(ii) mechanizmu i natury związków przejściowych powstających na jego powierzchni oraz
(iii) sposobu ich korelacji z efektami katalitycznego procesu przemian bio-alkoholi.
Otrzymane katalizatory zostaną scharakteryzowane pod kątem struktury objętościowej
oraz powierzchni. Skład chemiczny struktury objętościowej katalizatorów zbadany będzie
metodą spektroskopii rentgenofluorescencyjnej (XRF). Metoda rentgenografii proszkowej
(XRD) pozwoli na określenie składu i wielkości krystalitów katalizatorów. Izotermy
adsorpcji/desorpcji azotu pozwolą na określenie powierzchni ogólnej, porowatości i rozkładu
wielkości porów. Powierzchniowa struktura katalizatorów określona będzie za pomocą badań
chemisorpcji wodoru i tlenku węgla, co pozwoli określić dyspersję fazy kobaltowej.
Spektroskopia fotoelektronów (XPS) dostarczy informacji na temat stanu utlenienia oraz
stężenia powierzchniowego składników katalizatorów (kationów metali). Katalizatory
zbadane zostaną także pod względem redukowalności dzięki temperaturowo programowalnej
redukcji (TPR). Przebieg redukcji fazy aktywnej wykaże, czy redukowalność jest uzależniona
od jej dyspersji fazy aktywnej i jej oddziaływań z innymi fazami obecnymi w katalizatorze.
Pomiary z wykorzystaniem metody DRIFRS (Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform
Spectroscopy) pozwolą na określenie rodzaju cząsteczek związanych z powierzchnią
w warunkach reformingu etanolu.
Ocena
selektywności
oraz
aktywności
katalizatorów
oceniona
zostanie
w temperaturach z zakresu 350-600°C w warunkach znacznego nadmiaru wody (stosunek
molowy woda/etanol 21/1) oraz dla mieszanki przy stosunku molowym 4/1 (woda/etanol).
Zbadany zostanie także stopień zawęglania katalizatorów w trakcie procesu reformingu.
Tak przeprowadzone badania pozwolą na kompleksową ocenę właściwości
katalitycznych otrzymanych układów oraz ich skuteczności w reformingu parowym etanolu.