Μελέτη καταλυτών περιορισμένης σύστασης σε πολύτιμα μέταλλα για την κατεργασία καυσαερίων αυτοκινήτων

Σκορδούλιας, Νικόλαος; Skordoulias, Nikolaos

dc.contributor.author	Σκορδούλιας, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Skordoulias, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2020-05-01T22:27:03Z
dc.date.available	2020-05-01T22:27:03Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50347
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18045
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/gr/	*
dc.subject	Ετερογενής κατάλυση	el
dc.subject	Μονοξείδιο του άνθρακα CO	el
dc.subject	Μονοξείδιο του αζώτου NO	el
dc.subject	Παλλάδιο	el
dc.subject	Ρόδιο	el
dc.subject	Πλατίνα	el
dc.subject	Χαρακτηρισμός καταλυτών	el
dc.subject	Κινητική μελέτη	el
dc.subject	Εμπορικός καταλύτης	el
dc.subject	Περοβσκίτης RhLa0.6Ca0.2Fe0.8Cu0.2O3	el
dc.subject	Καταλύτης Rh/Al2O3	el
dc.subject	Μονόλιθος 0.1RhLa0.6Ca0.2Fe0.8Cu0.2O3 και Al2O3	el
dc.subject	Heterogeneous catalysis	en
dc.subject	Carbon monoxide CO	en
dc.subject	Nitrogen monoxide NO	en
dc.subject	Palladium	en
dc.subject	Platinum	en
dc.subject	Rhodium	en
dc.subject	Catalysts characterization	en
dc.subject	Kinetic study	en
dc.subject	Commercial catalyst	en
dc.subject	Catalyst Rh/Al2O3	en
dc.subject	Perovskite RhLa0.6Ca0.2Fe0.8Cu0.2O3	en
dc.subject	Monolith RhLa0.6Ca0.2Fe0.8Cu0.2O3 + Al2O3	en
dc.title	Μελέτη καταλυτών περιορισμένης σύστασης σε πολύτιμα μέταλλα για την κατεργασία καυσαερίων αυτοκινήτων	el
dc.title	Study of restrected catalysts in precious metals for the treatment of car exhaust gas	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ετερογενής κατάλυση	el
heal.classification	Heterogeneous catalysis	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-09-25
heal.abstract	Το πρόβλημα της ρύπανσης του περιβάλλοντος από τα οχήματα εντοπίστηκε τα τελευταία 50 χρόνια. Έκτοτε αναζητήθηκαν λύσεις για τον περιορισμό των εκπεμπόμενων ρύπων. Η λύση που δόθηκε στο πρόβλημα ήταν η μετατροπή των ρύπων σε ουσίες λιγότερο επιβλαβείς με τη χρήση καταλυτών. Οι κυριότερες ουσίες που επιβαρύνουν το περιβάλλον προερχόμενες από την καύση του καυσίμου στα οχήματα είναι το μονοξείδιο του άνθρακα (CO), τα οξείδια του αζώτου (ΝΟx), οι άκαυστοι υδρογονάνθρακες (ΗxCy), οι ενώσεις του μολύβδου και τα αιωρούμενα σωματίδια. Οι καταλύτες λοιπόν που χρησιμοποιήθηκαν για την μείωση των παραγόμενων καυσαερίων είχαν υψηλή σύσταση σε πολύτιμα μέταλλα, όπως λευκόχρυσος(Pt), παλλάδιο (Pd) και ρόδιο(Rh). Ωστόσο η σπανιότητα των συγκεκριμένων μετάλλων, ο περιορισμός της παραγωγής τους σε ελάχιστες χώρες και τέλος η χρήση τους στη βιομηχανία παραγωγής καταλυτών, τα χαρακτηρίζει ως υλικά στρατηγικής σημασίας. Η επιστημονική κοινότητα, λοιπόν, στράφηκε στην μείωση της σύστασης των καταλυτών στα πολύτιμα αυτά μέταλλα καθώς και στη δημιουργία νέων καταλυτών απαλλαγμένων από αυτά. Προς την κατεύθυνση αυτή στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζονται καταλύτες περιορισμένης σύστασης σε πολύτιμα μέταλλα ως προς την αποδοτικότητα τους και την ικανότητα τους για μείωση των καυσαερίων και έρχονται σε σύγκριση με εμπορικούς καταλύτες με υψηλή σύσταση σε πολύτιμα μέταλλα. Αρχικά, λοιπόν, παρουσιάζεται η δομή και λειτουργία των καταλυτικών μετατροπέων, με τους οποίους είναι εφοδιασμένα όλα τα σύγχρονα οχήματα, οι μηχανισμοί που οδηγούν στην απενεργοποίηση αυτών καθώς και τα βασικά στάδια μιας καταλυτικής αντίδρασης. Το πειραματικό μέρος της διπλωματικής χωρίζεται σε δυο ενότητες. Στην πρώτη ενότητα πραγματοποιούνται πειράματα μελέτης του θερμοκρασιακού εύρους λειτουργίας (50- 500oC)για σταθερή παροχή Q=200ml/min, των παρακάτω καταλυτών :0.12- 0.2%Rh/Al2O3, ενός περοβσκίτη 0.1RhLa0.6Ca0.2Fe0.8Cu0.2O3 σε μορφή σκόνης με δύο διαφορετικές μεθόδους παρασκευής, με συγκαταβύθιση και με πυρόλυση μέσω ψεκασμού φλόγας καθώς και ενός μονόλιθου που περιλαμβάνει 0.1RhLa0.6Ca0.2Fe0.8Cu0.2O3 και Al2O3 σε κορδιερίτη σε αναλογία 1:1:1. Οι παραπάνω καταλύτες, περιορισμένης σύστασης σε πολύτιμα μέταλλα, συγκρίνονται ως προς την αποδοτικότητά τους και ως προς την μέθοδο παρασκευής τους με εμπορικούς καταλύτες της εταιρίας Johnson Matthey. Στη δεύτερη ενότητα πειραμάτων μελετάται για τον καταλύτη 0.12-0.2%Rh/Al2O3 σε χαμηλές συγκεντρώσεις και θερμοκρασίες το κινητικό μοντέλο της αντίδρασης CO NO καθώς και η εύρεση της ενέργειας ενεργοποίησης της αντίδρασης καθώς και των ενθαλπιών προσρόφησης CO και ΝΟ αντίστοιχα. Για την επαλήθευση του κινητικού μοντέλου πραγματοποιήθηκε και μια σειρά πειραμάτων στον καταλύτη 0.12-0.2%Rh/Al2O3 με την μέθοδο της Υπέρυθρης Φασματοσκοπίας με Αντίστροφο Μετασχηματισμό Fourier( Fourier Transform Infrared Spectroscopy-FTIR). 13 Από το σύνολο των πειραμάτων που έλαβαν χώρα προέκυψαν τα παρακάτω πορίσματα: για θερμοκρασιακό εύρος 50-500 oC ο πιο αποδοτικός καταλύτης είναι ο 0.12-0.2%RhAl2O3 που είναι σε μορφή σκόνης ενώ σε μορφή μονόλιθου αποδοτικότερος καθίσταται ο εμπορικός μονόλιθος της Johnson Matthey. Ο καταλύτης 0.1RhLa0.6Ca0.2Fe0.8Cu0.2O3 που παρασκευάστηκε με πυρόλυση ψεκασμού φλόγας παρουσιάζεται αποδοτικότερος σε σχέση με αυτόν που παράχθηκε με συγκαταβύθιση. Ανάμεσα στους τέσσερις μηχανισμούς που προτείνονται αυτός που περιγράφει καλύτερα την αντίδραση CO-NO στον καταλύτη 0.12-0.2%Rh/Al2O3 είναι ο Γ και η ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης προκύπτει 25.64 kcal.mol.Οι ενθαλπίες ρόφησης του CO και του ΝΟ προκύπτουν -8.44 και -68.62kcal/mol αντίστοιχα. Tέλος ο παραπάνω μηχανισμός επιβεβαιώνεται από τα αποτελέσματα της μελέτης του καταλύτη 0.12-0.2% Rh-Al2O3 με την μέθοδο της Υπέρυθρης Φασματοσκοπίας με Αντίστροφο Μετασχηματισμό Fourier( Fourier Transform Infrared Spectroscopy-FTIR).	el
heal.abstract	The problem of environmental pollution by vehicles has been detected in the last 50 years. Since then, solutions have been sought to limit the emissions of pollutants. The solution to the problem was to convert pollutants into less harmful substances by using catalysts. The main substances that affect the environment derived from the combustion of fuel in vehicles are carbon monoxide(CO), nitrogen oxides (NOx), unburnt hydrocarbons (CXHy), lead compounds(Pb) and floating particles. Therefore, the catalysts used for the reduction of produced exhaust gases had a high composition on valuable metals, such as platinum(Pt), palladium(Pd) and rhodium(Rh). However, the rarity of these metals, the limitation of their production to a few countries and finally their use in catalyst industry, characterizes them as strategic materials. Therefore, the scientific community turned to the reduction of the composition of catalysts to these valuable metals and the creation of new catalysts free of them. In this direction, the aim of present Diploma Thesis was the study of catalysts with limited composition to valuable metals in terms of their efficiency and their capacity for reducing gas emissions. These catalysts are compared to commercial catalysts and catalysts with high composition on valuable metals. Initially, the structure and function of catalytic converters, with which all modern vehicles are equipped, the deactivation mechanisms and the basic stages of catalytic reaction are presented. The experimental part of the Thesis is divided into two sections. In the first section experiments took place in order to determine the operating temperature range of the following catalysts in constant flow of Q=200ml/min: 0.12-0.2% RhAl2O3, perovskite 0.1RhLa0.6Ca0.2Fe0.8Cu0.2O3 in powder form with two different methods of preparation(coprecipitation and flame spray pyrolysis) and a monolith 0.1RhLa0.6Ca0.2Fe0.8Cu0.2O3 and Al2O3 in cordierite in a ratio of 1:1:1. The above catalysts, with limited composition on valuable metals, are compared, in terms of their efficiency and their preparation method, to commercial catalysts by Johnson Matthey. In the second section experiments took place in order to study the catalyst 0.12-0.2% RhAl2O3 at low concentrations and temperatures and export the kinetic model of the CO-NO reaction in order to measure the activation energy of the reaction as well as the adsorption enthalpies of CO and NO respectively. In order to verify the kinetic model another series of experiments took place for the 0.12-0.2% RhAl2O3 catalyst with the method of Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The following findings have emerged from all the experiments that took place: for temperature range 50-500 oC among the catalysts in powder form catalyst 0.12- 0.2%Rh-Al2O3 is the most efficient while among the monoliths the most efficient is the commercial Johnson Matthey monolith. The 0.1RhLa0.6Ca0.2Fe0.8Cu0.2O3 catalyst prepared by flame spray pyrolysis (FSP) is shown to be more efficient than the same catalyst produced by coprecipitation. From the four proposed mechanisms the one that best describes the reaction between CO and NO in 0.12-0.2% Rh-Al2O3 is the 15 mechanism C and the reaction activation energy is 25.64kcal/mol. The CO and NO adsorption enthalpies are -8.44 and -68.62 kcal/mol respectively. Finally, the above mechanism is confirmed by the results of the study of the catalyst 0.12-0.2% Rh-Al2O3 by the Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) method.	en
heal.advisorName	Φιλιππόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παπαγιαννάκος, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Τεχνικής Χημικών Διεργασιών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	167 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false