Ανάπτυξη καταλυτών με τη μέθοδο της αυτοπροωθούμενης σύνθεσης υψηλών θερμοκρασιών (SHS)

Abstract

Η παρούσα εργασία παρουσιάζει μελέτη κατασκευής νέων υλικών με τη μέθοδο της αυτοπροωθούμενης σύνθεσης υψηλών θερμοκρασιών (SHS) για πιθανή χρήση τους στη διεργασία καταλυτικής υδρογόνωσης. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν τα συστήματα Al-NiO-MoO3-Al2O3 και Al-Ni-Mo και η έρευνα επικεντρώθηκε στα χαρακτηριστικά εκείνα, τα οποία σχετίζονται με πιθανή καταλυτική δραστικότητα έτσι ώστε να καταστεί δυνατή η σύγκριση των συγκεκριμένων ουσιών με τους εμπορικούς καταλύτες, που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές υδρογόνωσης. Σε προηγούμενες μελέτες, καταλύτες που παράχθηκαν με τη μέθοδο SHS έχουν εμφανίσει υψηλότερη καταλυτική δραστικότητα σε σχέση με βιομηχανικούς καταλύτες με την ίδια σύσταση. Συνολικά παρασκευάστηκαν πάνω από 30 δείγματα σε κυλινδρική μορφή, διαφορετικής σύστασης και κάτω από διαφορετικές συνθήκες παρασκευής. Μελετήθηκαν τουλάχιστον είκοσι συστάσεις ως προς τη θλιπτική τους αντοχή, τη μικροδομή και τη μορφολογία τους με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), την κρυσταλλική τους δομή με περίθλαση ακτινών Χ (XRD), το πορώδες τους και την ειδική τους επιφάνεια πριν και μετά από χημική προσβολή. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν δείχνουν ότι με την απλή, χαμηλού κόστους και γρήγορη μέθοδο SHS μπορούν να παρασκευαστούν υλικά για καταλύτες με πολλά υποσχόμενα χαρακτηριστικά για χρήση σε βιομηχανικές εφαρμογές. Προτείνεται η συνέχιση της παρούσας εργασίας στη μελέτη των παρασκευασμένων καταλυτών στη Χημική Κινητική της υδρογόνωσης υδρογονανθράκων.

This diploma dissertation presents a study of producing materials with potential catalytic activity for hydrogenation processes using the Self-propagating High-temperature Synthesis method (SHS). The research was focused on the Al-NiO-MoO3-Al2O3 and Al-Ni-Mo systems and particularly on their characteristics relevant to catalytic effectiveness, so that the prepared substances can be compared to the ones used in industrial catalysis. Previous work has shown that similar catalytic materials produced using the SHS method have higher catalytic activity compared to industrial catalysts of the same composition. In total more than 30 specimens were produced, each with different chemical composition and under different preparation conditions. Twenty compositions were studied in detail as to their compressive strength, their microstructure and morphology by scanning electron microscopy (SEM), their crystalline structure by X-ray diffraction (XRD), their specific surface area, pore size and density by mercury and nitrogen porosimetry before and after leaching. The results demonstrate that by using the simple, low-cost and fast SHS method we can produce materials with very promising characteristics for use in industrial catalytic applications.