Μελέτη της υδρογόνωσης του CO2 σε καταλύτες μετάλλων μετάπτωσης υποστηριγμένων σε φορέα CeO2 διακριτής νανομορφολογίας

Abstract

Στην παρούσα εργασία μελετάται η επίδραση των μετάλλων μετάπτωσης (M: Ni, Co ή Cu) και της διακριτής νανομορφολογίας του φορέα CeO2 (νανοκύβοι (NC), νανοράβδοι (NR) και νανοπολύεδρα (NP)) στην απόδοση των καταλυτών M/CeO2 κατά την αντίδραση υδρογόνωσης του CO2. Πιο συγκεκριμένα, εξετάστηκε η καταλυτική συμπεριφορά των υποστηριγμένων καταλυτών (M/CeO2) και του καθαρού φορέα CeO2 για τις τρεις νανομορφολογίες, καθώς και του εμπορικού CeO2, ως προς την μετατροπή του CO2 και ως προς την εκλεκτικότητα προς CH4 και CO συναρτήσει της θερμοκρασίας αντίδρασης. Τα πειράματα διενεργήθηκαν σε θερμοκρασία 200-500 °C και σε ατμοσφαιρική πίεση. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν κατέδειξαν τη σημαντική υπεροχή της νανομορφολογίας απέναντι στην εμπορική μορφή του CeO2, αλλά και τη βελτίωση της καταλυτικής απόδοσης με την ενσωμάτωση της μεταλλικής ενεργούς φάσης στον φορέα. Υψηλότερη μετατροπή CO2 παρουσίασαν τα δείγματα Ni/CeO2, ενώ ακολούθησαν τα δείγματα Co/CeO2 και, τέλος, τα δείγματα Cu/CeO2, ανεξάρτητα από την μορφολογία του φορέα. Οι καταλύτες Ni/CeO2 επέδειξαν υψηλή μετατροπή (>99%) και εκλεκτικότητα προς CH4 (σχεδόν 100%) ήδη σε χαμηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, και οι καταλύτες Co/CeO2 επέδειξαν υψηλή μετατροπή CO2 (91% στους 450 °C) και εκλεκτικότητα προς CH4 ίση με 96% στους 400 °C. Από την άλλη πλευρά, τα δείγματα Cu/CeO2 και της καθαρής δημητρίας, αλλά και η εμπορική δημητρία εμφάνισαν υψηλή εκλεκτικότητα προς CO (>90%) σε όλες τις θερμοκρασίες. Όσον αφορά τις διαφορετικές μορφολογίες του φορέα, δεν υπήρξαν σημαντικές διαφορές στη μετατροπή και την εκλεκτικότητα. Τέλος, πραγματοποιήθηκε πείραμα καταλυτικής σταθερότητας για το δείγμα Ni/CeO2-NR, το οποίο παρουσίασε σταθερή απόδοση για 24 ώρες. Όλα τα παραπάνω αποτελέσματα σχετίζονται με τις αλληλεπιδράσεις των μεταλλικών ενεργών φάσεων με τον φορέα, όπως επίσης και με τα οξειδοαναγωγικά και φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των δειγμάτων.