Σύνθεση καταλυτών με SHS και SCS για τη ξηρή αναμόρφωση του μεθανίου

Abstract

The mitigation and utilization of greenhouse gases, such as CO₂ and CH₄, are among the most important challenges in the area of energy research. CO₂ reforming of CH4 has received increasing attention from both an environmental and an industrial perspective because the reaction can convert greenhouse gases into valuable synthesis gas with a low H₂/CO ratio. This degree dissertation, presents the study of the production of materials with catalytic activity for the “carbon dioxide reforming of methane” process, using the Self propagating High temperature Synthesis method and Solution Combustion Synthesis. The study was focused on the systems Co-Al-O, Co-Al-B-O, Co-Mg-O, Ni-Al-O, Ni-Al-Mg-O, Ni-Al-B-O, Ni-Al-Mo-O, Ni-Co-Al-Mg, Ni-Mn-Al-Mg-O, Co-Al-Mg-O, Mn-Al-Mg-O. Co-Ba-B-O, Co-Zn-B-O, Co-Mg-B-O, which are active systems for the reforming process. Depending to the starting materials we studied three different sets of compositions. All specimens were submitted to scanning electron microscopy (SEM-EDS) to gather information about the sample’s microstructure and morphology, X-ray diffraction to determine the specimen’s crystalline structure, (BET) nitrogen porosimetry to measure the specimen’s specific surface area and to catalytic activity tests (Gas Chromatography). The results show that SHS is a method with which we can produce active catalysts for the carbon dioxide reforming of methane. The advantage of SHS and SCS is that it is a very rapid and low cost method which makes it a very promising method for industrial applications.

Ο μετριασμός και η αξιοποίηση των αερίων του θερμοκηπίου, όπως το CO₂ και CH₄, είναι από τις πιο σημαντικές προκλήσεις στον τομέα της ενεργειακής έρευνας. Η αναμόρφωση του CH₄ με CO₂ έχει λάβει αυξανόμενη προσοχή τόσο από περιβαλλοντική όσο και από βιομηχανική σκοπιά, επειδή η αντίδραση αυτή μπορεί να μετατρέψει τα αέρια του θερμοκηπίου σε πολύτιμο αέριο σύνθεσης με χαμηλή αναλογία Η₂/CO. Στην εργασία αυτή, πραγματοποιήθηκε η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός της δομής καταλυτών παρασκευασμένων με τις μεθόδους SHS ή/και SCS όπως αυτές προαναφέρθηκαν, για την ξηρή αναμόρφωση του μεθανίου με βάση Co και Ni στα συστήματα Co-Al-O, Co-Al-B-O, Co-Mg-O, Ni-Al-O, Ni-Al-Mg-O, Ni-Al-B-O, Ni-Al-Mo-O, Ni-Co-Al-Mg, Ni-Mn-Al-Mg-O, Co-Al-Mg-O, Mn-Al-Mg-O. Co-Ba-B-O, Co-Zn-B-O, Co-Mg-B-O, τα οποία αποτελούν ενεργά συστήματα για την αντίδραση αναμόρφωσης του μεθανίου από διοξείδιο του άνθρακα. Για καθένα παρασκευαζόμενο δείγμα πραγματοποιήθηκε μια σειρά πειραμάτων που αφορούσαν την μελέτη του τρόπου καύσης του και τον χαρακτηρισμό της δομής και της μορφολογίας του, με τις μεθόδους της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM-EDS), της περίθλασης ακτινών Χ (XRD), της μέτρησης ειδικής επιφάνειας με πορωσιμετρία αζώτου (BET) και τέλος του υπολογισμού της καταλυτικής του δραστικότητας με αέριο χρωματογράφο (GC). Από τα αποτελέσματα φαίνεται λοιπόν ότι με τις μεθόδους SHS και SCS είναι δυνατή η παραγωγή δραστικών καταλυτών για την αντίδραση αναμόρφωσης του διοξειδίου του άνθρακα από μεθάνιο. Πλεονέκτημα των μεθόδων είναι το πολύ χαμηλό κόστος και η μεγάλη ταχύτητα παραγωγής που τα καθιστά πολύ χρήσιμα για βιομηχανικές εφαρμογές.