Ανάπτυξη αποδοτικού καταλυτικού συστήματος καταστροφής υδρογονανθράκων της ατμόσφαιρας

Abstract

In the present thesis, oxidation of toluene has been investigated over Pt catalysts, single and mixed metal oxide catalysts dispersed on γ-Al₂O₃. Catalysts were characterized by different techniques such as BET, chemisorptions of CO, XRD, H₂-TPR, CO-TPR, TPP and TPO. The catalytic performance of Pt/MxOy depends on the nature of the support Turn Over Frequency (TOF) doesn’t depend on Pt loading. The reaction rate per m² surface area is the same regardless of SSA. Dispersion of MxOy on high surface inert support, such as γ-Al₂O₃, results in materials with relatively high catalytic activity, which is considerably higher for reducible metal oxides. The catalytic activity of C₇H₈ has been investigated also over single and composite metal oxides. Optimal results were obtained over Al₂O₃-based CuO, CeO₂, MnO₂ catalysts and their mixtures. For certain samples, e.g. 10%CuO-60%MnOx, 15%CuO-75%CeO₂ and 30%MnOx-50%CeO₂, activity was found to be comparable to that of supported noble metal catalysts. The activity of these materials is up to one order of magnitude higher, compared to the corresponding single oxides. The synergic effect of metal/oxides interaction on the oxidation reaction was studied employing TDD and TPO techniques. The presence of H₂O or propane in the feed results in a decrease of catalytic activity. Results showed that increasing the partial pressure of C₇H₈ lead to an increase of the reaction rate.

Στην παρούσα διατριβή μελετάται η αντίδραση οξείδωσης του τολουολίου σε καταλύτες Pt και καταλύτες μεταλλικών οξειδίων υποστηριγμένων σε γ-Al₂O₃. Η καταλυτική ενεργότητα των Pt/MxOy εξαρτάται από τη φύση του φορέα. Η αύξηση της φόρτισης σε Pt και η αύξηση της ειδικής επιφάνειας καταλυτών CeO₂, οδηγεί σε αύξηση της καταλυτικής ενεργότητας. Η διασπορά των μεταλλικώ οξειδίων (MxOy) σε αδρανή φορέα υψηλής επιφάνειας, όπως γ-Al₂O₃, οδηγεί σε καταλύτες που χαρακτηρίζονται από σχετικά μεγάλη ενεργότητα, η οποία είναι σημαντικά υψηλότερη για τα αναγώγιμα MxOy. Η καταλυτική συμπεριφορά βελτιώνεται με την κατάλληλη επιλογή της ποσότητας φόρτιση σε MxOy. Βέλτιστοι καταλύτες είναι 60%MnOx, 90%CeO₂, 5%CuO υποστηριγμένοι σε Al₂O₃. Η προσθήκη του Pt σε MxOy/Al₂O₃ βελτιώνει την ενεργότητα Mn-αναγώγιμων MxOy. Μελετήθηκε η ενεργότητα σύνθετων καταλυτών μεταλλικών οξειδίων. Βέλτιστη συμπεριφορά παρουσιάζουν τα μικτά οξείδια 10%CuO-60%MnOx, 15%CuO-75%CeO₂ και 30%MnOx-50%CeO₂ σε γ-Al₂O₃. Οι σύνθετοι καταλύτες παρουσιάζουν ρυθμό αντίδρασης υψηλότερο από εκείνο των αντίστοιχων απλών οξειδίων, γεγονός που αποδεικνύει την ύπαρξη φαινομένων συνέργειας. Στα πειράματα TPD δείχνουν ότι οι πιο ενεργοί καταλύτες εκροφούν μεγαλύτερες ποσότητες C₇H₈ και παρέχουν περισσότερο CO₂. Η παρουσία του νερού ή του προπανίου παρεμποδίζει την καύση του τολουολίου.