Σύνθεση, χαρακτηρισμός και αξιολόγηση νέων νανοδομημένων καταλυτικών υλικών για διεργασίες μείωσης των οξειδίων του αζώτου από απαέρια βιομηχανικών μονάδων

Abstract

The synthesis, characterization and evaluation of new nanostructured materials (a) as catalytic additives for the in situ reduction of nitrogen oxides that are produced during the burning of the coke in the regenerator of Fluid Catalytic Cracking (FCC) units and (b) as catalysts for the decomposition/reduction of nitrous oxide (N₂O) from the flue gases of industrial units, mainly from combustion processes, are the main objectives of the present Thesis. With regard to the first process emphasis was given in the effect of the type of the support and its nanostructure on the ability of the catalytic additives to reduce NO and at the same time to oxidize CO that is also produced during the burning of the coke in the regenerator of FCC units. Copper (Cu), Cerium (Ce) and Rhodium (Rh) were used as the active metals alone or in various combinations with each other. As far as the second process is concerned, emphasis was given on the synthesis of catalysts with Ru nanoparticles of very small size (≤3 nm) by applying the in situ reduction with ethylene glycol method. Ru catalysts supported on γ-Al₂O₃ and zeolites (ZSM-5, silicalite) were prepared and their activity in the decomposition of Ν₂Ο was compared with the activity of the respective catalysts that were prepared by applying conventional preparation methods (dry impregnation).

Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής μελετήθηκε η σύνθεση, ο χαρακτηρισμός και η αξιολόγηση νέων νανοδομημένων υλικών ως (α) καταλυτικά πρόσθετα για την in situ αναγωγή των οξειδίων του αζώτου που παράγονται κατά την καύση του κωκ στον αναγεννητή μονάδων καταλυτικής πυρόλυσης (FCC), και (β) καταλύτες για την διάσπαση/αναγωγή του υποξειδίου του αζώτου (Ν₂Ο) από τα απαέρια βιομηχανικών διεργασιών, και κυρίως διεργασιών καύσης. Στην διεργασία της in situ αναγωγής των οξειδίων του αζώτου στον αναγεννητή μονάδων FCC δόθηκε έμφαση στην μελέτη της επίδρασης του τύπου του υποστρώματος του καταλυτικού προσθέτου και της νανοδομής του στην ικανότητα των νέων προσθέτων να ανάγουν το ΝΟ και ταυτόχρονα να οξειδώνουν το επίσης παραγόμενο CO. Ως ενεργά μέταλλα χρησιμοποιήθηκαν ο χαλκός (Cu), το δημήτριο (Ce) και το ρόδιο (Rh) μόνα τους ή σε διάφορους συνδυασμούς. Στην διεργασία της διάσπασης του υποξειδίου του αζώτου (Ν₂Ο), έμφαση δόθηκε στην σύνθεση μεταλλικών νανοσωματιδίων Ru με πολύ μικρές διαστάσεις (≤3 nm) εφαρμόζοντας την μέθοδο της in situ αναγωγής με αιθυλενογλυκόλη. Παρασκευάστηκαν καταλύτες Ru υποστηριγμένοι σε γ-Al₂O₃ και ζεόλιθους (ZSM-5, σιλικαλίτη) και έγινε σύγκριση της δραστικότητάς τους στην καταλυτική διάσπαση του Ν₂Ο με αντίστοιχους καταλύτες που είχαν παρασκευασθεί με συμβατικές μεθόδους παρασκευής (εμποτισμός).