Καταλυτική επεξεργασία εκπομπών υποξειδίου του αζώτου σε μικτά οξείδια μετάλλων μετάπτωσης

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Καταλυτική επεξεργασία εκπομπών υποξειδίου του αζώτου σε μικτά οξείδια μετάλλων μετάπτωσης"

Transcript

1 Καταλυτική επεξεργασία εκπομπών υποξειδίου του αζώτου σε μικτά οξείδια μετάλλων μετάπτωσης Ονοματεπώνυμο φοιτητή: Ρογδάκης Χαράλαμπος Επιβλέπων Καθηγητής: Γεώργιος Μαρνέλλος Κοζάνη Έτος:

2 Καταλυτική επεξεργασία εκπομπών υποξειδίου του αζώτου σε μεικτά οξείδια μετάλλων μετάπτωσης Ονοματεπώνυμο φοιτητή: Ρογδάκης Χαράλαμπος Επιβλέπων Καθηγητής: Γεώργιος Μαρνέλλος Κοζάνη Έτος:

3 Περίληψη Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης των καταλυτών μεικτών οξειδίων μετάλλων μετάπτωσης στις εκπομπές του υποξειδίου του αζώτου (Ν2Ο). Στα πρώτα κεφάλαια της διπλωματικής γίνεται μια εισαγωγή πάνω στο υποξείδιο του αζώτου, στις φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές του καθώς και στις επιπτώσεις του στον άνθρωπο και στο φυσικό περιβάλλον. Ακολουθεί εκτενής αναφορά στις έρευνες που έχουν γίνει για τη διάσπαση του N2O και πιο συγκεκριμένα σε καταλύτες που αποτελούνται από οξείδια χαλκού, δημητρίας και κοβαλτίου. Στη συνέχεια αναλύεται η επίδραση ουσιών που λειτουργούν ως παρεμποδιστικοί παράγοντες στην αντίδραση διάσπασης του Ν2Ο όπως O2, H2O, SO2, NO, CO, ενώ ταυτόχρονα γίνεται αναφορά στη χρήση των υδρογονανθράκων στην καταλυτική διάσπαση του Ν2Ο ως αναγωγικά μέσα. Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφονται η πειραματική διαδικασία και η διάταξη όπου πραγματοποιήθηκαν οι πειραματικές μετρήσεις. Πιο συγκεκριμένα περιγράφονται το σύστημα τροφοδοσίας και ελέγχου ροής των αντιδρώντων αερίων, το σύστημα καταλυτικού αντιδραστήρα σταθερής κλίνης, το σύστημα θέρμανσης του αντιδραστήρα και το σύστημα ανάλυσης αντιδρώντων και προϊόντων. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων με τη μορφή διαγραμμάτων. Μεταξύ των καταλυτών που μελετήθηκαν καλύτεροι αναδείχθηκαν οι Cu/CeO2 HH και Co/CeO2 PRE. Μάλιστα, ο καταλύτης Co/CeO2 PRE εμφανίζει βέλτιστη καταλυτική συμπεριφορά παρουσία και απουσία οξυγόνου. 2

4 Summary The aim of this thesis is to investigate the effect of catalysts consisting of mixed transition metal oxides in nitrous oxide emissions. The preliminary chapters of the thesis were an introduction on nitrous oxide, the natural and anthropogenic sources and the effects on humans and natural environment. A comprehensive reference was also made on the research about the decomposition of N2O, particularly in catalysts consisting of copper oxides, ceria and cobalt. Then the effects of the O2, H2O, SO2, NO, CO, hydrocarbons, etc on the catalytic decomposition of N2O were mentioned. The following chapters, (namely the third and fourth) which are the most important part of the thesis analyzed the experimental part and the analysis' results respectively. In the experimental section, each part of the laboratory apparatus was described, that is the power supply and flow control of reactive gases, the fixed bed catalytic reactor system, the reactor heater and the reactants and products analysis system. In order to discuss the results, six charts were created. The preliminary four diagrams depicted the results of all the experiments performed in the presence and absence of oxygen. From these charts, the best catalysts were proved to be Cu/CeO2 HH and Co/CeO2 PRE. The fifth diagram showed that the latter is the best of these two catalysts in the presence and absence of oxygen. Finally, a very important factor in the decomposition of nitrous oxide is when a catalyst's degree of conversion of N2O reaches the value of 50 %. That's why the last graph was created and once again the best catalyst was Co/CeO2 PRE. 3

5 Αφιερώνεται στην αγαπημένη μου γιαγιά Ασπασία 4

6 Ευχαριστίες Η διπλωματική μου εργασία πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο της Τεχνολογίας Περιβάλλοντος του τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας στα πλαίσια ολοκλήρωσης των προπτυχιακών σπουδών του τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας. Ιδιαίτερες ευχαριστίες οφείλω κατ αρχάς στον καθηγητή και επιβλέποντα της διπλωματικής μου εργασίας κύριο Γιώργο Μαρνέλλο, αναπληρωτή καθηγητή (Π.Δ.Μ) για την ανάθεση της παρούσας εργασίας καθώς και για την πολύτιμη καθοδήγηση και βοήθεια του. Σε αυτό το σημείο αισθάνομαι την ανάγκη να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες στην κυρία Ελένη Πάπιστα και στον κύριο Νίκο Κακλίδη για την καθοδήγηση, τις πολύτιμες συμβουλές και παρατηρήσεις επί της οργάνωσης, της δομής και του περιεχομένου της παρούσας εργασίας αλλά και για τον επιδέξιο τρόπο που μου επεσήμαναν λάθη ή παραλήψεις. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τους γονείς μου και τα αδέρφια μου για την έμπρακτη υποστήριξη τους, συμβάλλοντας με το δικό τους ξεχωριστό τρόπο στην ολοκλήρωση της συγγραφής. Κλείνοντας, ευχαριστώ ειλικρινά τους φίλους μου για την ανοχή και την κατανόηση που επέδειξαν σε όλο το διάστημα εκπόνησης της διπλωματικής μου εργασίας. 5

7 Περιεχόμενα ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΥΠΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΧΗΜΙΚΗ ΔΟΜΗ Ν 2Ο ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ N 2O ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ Ν 2Ο ΈΛΕΓΧΟΣ ΕΚΠΟΜΠΩΝ Ν 2Ο ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ Ν 2Ο ΣΤΟ ΦΥΣΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Τρύπα του Όζοντος Φαινόμενο του Θερμοκηπίου ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΟΥ Ν 2Ο ΣΤΗΝ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ΥΓΕΙΑ ΣΚΟΠΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΜΕΙΩΣΗΣ Ν 2Ο Απευθείας καταλυτική διάσπαση Θερμική διάσπαση Αντιδράσεις Επίδραση του μετάλλου Η επίδραση του φορέα Επίδραση των ηλεκτροθετικών προωθητών Το Οξείδιο του Δημητρίου (CeO 2) Οι ιδιότητες του οξειδίου του δημητρίου Στοιχεία μετάπτωσης CuO - Δομή των οξειδίων του χαλκού Το οξείδιο του κοβαλτίου Μικτά οξείδια CuO-CeO Επίδραση παρεμποδιστικών παραγόντων στην καταλυτική διάσπαση του Ν 2Ο Η επίδραση του Ο Η επίδραση του Η 2O Η επίδραση του SO Η επίδραση του ΝΟ Επίδραση αναγωγικού μέσου Η επίδραση του CΟ Η επίδραση των υδρογονανθράκων Προσρόφηση σε στερεές επιφάνειες ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ Σύστημα τροφοδοσίας & ελέγχου ροής αντιδρώντων αερίων Σύστημα καταλυτικού αντιδραστήρα Σύστημα ανάλυσης αερίων ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΚΑΤΑΛΥΤΩΝ Παρασκευή καθαρού CeO Παρασκευή δειγμάτων CuO/Ceria Παρασκευή δειγμάτων CοO/Ceria ΚΕΦΑΛΑΙΟ

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Κατάλογος Σχημάτων: Σχήμα 1.1: Δομές συντονισμού του Ν2Ο Σχήμα 1.2: Χημική δομή υποξειδίου του αζώτου Σχήμα 1.3: Φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές Ν2O ανά τομέα Σχήμα 1.4: Γενική τάση ατμοσφαιρικής συγκέντρωσης Ν2O κατά την περίοδο Σχήμα 2.1: Το μόριο του Ν2Ο Σχήμα 2.2: Επίδραση των αλκαλικών μετάλλων (Li, Na, K, Rb, Cs) στην den2ο επίδοση Σχήμα 2.3: Δομή CeO Σχήμα 2.4: Απεικόνιση της θέσης των στοιχείων μετάπτωσης στον περιοδικό πίνακα Σχήμα 2.5: Ρινίσματα χαλκού, κοβαλτίου και δημητρίου αντίστοιχα Σχήμα 2.6: Κρυσταλλική δομή του (α) μονοκλινικού CuO και (β) κυβικού Cu2Ο Σχήμα 2.7: Κρυσταλλική δομή οξειδίου του κοβαλτίου Σχήμα 2.8: Απεικόνιση της διάσπασης του Ν2Ο, για δύο διαφορετικές τροφοδοσίες αερίων (α) Ν2Ο (b) Ν2Ο +Ο Σχήμα 2.9: Αναπαράσταση επιμέρους σταδίων μιας καταλυτικής διεργασίας Σχήμα 3.1: Πειραματική διάταξη εκλεκτικής αναγωγής N2Ο σε καταλυτικό αντιδραστήρα σταθερής κλίνης Σχήμα 3.2: Καταλυτικός αντιδραστήρας σταθερής κλίνης. Σχηματική απεικόνιση:(1: θερμοστοιχείο, 2: θερμική μόνωση, 3: θερμικές αντιστάσεις, 4: θάλαμος ελεγχόμενης θερμοκρασίας, 5: αντιδραστήρας, 6:καταλυτική κλίνη 7: φρίτα)

9 Σχήμα 3.3: Θερμορυθμιστής Σχήμα 3.4: Βασικά χαρακτηριστικά ενός συστήματος Αέριας Χρωματογραφίας Σχήμα 3.5: Εικόνα τυπικού χρωματογραφήματος Σχήμα 4.1: Σχηματική απεικόνιση της επί τοις εκατό μετατροπής του N2O για κάθε καταλύτη για θερμοκρασίες C Σχήμα 4.2: Σχηματική απεικόνιση της επί τοις εκατό μετατροπής του N2O παρουσία Ο2 για κάθε καταλύτη για θερμοκρασίες C Σχήμα 4.3: Σχηματική απεικόνιση της επί τοις εκατό μετατροπής του N2O για κάθε καταλύτη για θερμοκρασίες C Σχήμα 4.4: Σχηματική απεικόνιση της επί τοις εκατό μετατροπής του N2O παρουσία Ο2 για κάθε καταλύτη για θερμοκρασίες C Σχήμα 4.5: Σχηματική απεικόνιση του βαθμού μετατροπής των καλύτερων καταλυτών παρουσία και απουσία οξυγόνου Σχήμα 4.6: Σχηματική απεικόνιση της θερμοκρασίας στην οποία κάθε καταλύτης επιτυγχάνει την 50 % απομάκρυνση Ν2Ο Κατάλογος Πινάκων: Πίνακας 1.1: Συγκέντρωση αερίων που επιδρούν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου του έτους 2013 συγκριτικά με το έτος Πίνακας 3.1: Ποσοστό αερίου κατά την διεξαγωγή των Πειραμάτων Πίνακας 3.2: Στοιχεία θερμοστοιχείου Πίνακας 4.1: Καταλυτικά συστήματα που μελετήθηκαν στην αντίδραση διάσπασης του Ν2Ο

10 Κεφάλαιο Υποξείδιο του αζώτου Το υποξείδιο του αζώτου ή πρωτοξείδιο του αζώτου είναι ένα άχρωμο, άφλεκτο και σταθερό αέριο με μια πολύ ελαφριά γλυκιά οσμή και γλυκιά γεύση. Ανακαλύφθηκε από τον διάσημο Άγγλο χημικό και θεολόγο, Joseph Pristley και αποδείχθηκε ότι έχει τις ακόλουθες φυσικοχημικές ιδιότητες [1]: Μοριακός τύπος: Ν2Ο Σχετική μοριακή μάζα: 44,013 Σημείο τήξεως: -90,86 C Σημείο Ζέσεως: -88,48 C Πυκνότητα (ως υγρό στους -89 C): 1,226 g/ml Διαλυτότητα: αρκετά διαλυτό στο νερό, 0,15 g/100 ml (15 C), 56,7 ml/100 ml (25 C). Εξαιρετικά διαλυτό στην αλκοόλη, στο χλωροφόρμιο, στον αιθέρα και στα διάφορα έλαια. Άφθονα διαλυτό στο θειϊκό οξύ. Λόγος κατανομής (n-οκτανόλη/νερό) ως log Pow: 0,35 (ελαφριά λιποφιλικότητα) Σταθερότητα: Σταθερό και χημικώς αδρανές στις συνήθεις θερμοκρασίες. Διασπάται σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από 600 C, όπου δρα πλέον ως ισχυρό οξειδωτικό. Διπολική ροπή: 0,166 D (Debye) Ενθαλπία σχηματισμού: +82,05 kj/mol Τοξικότητα: Ασφυξιογόνο και ναρκωτικό αέριο μικρής τοξικότητας. Δεν αντικαθιστά το οξυγόνο στην αναπνοή, αλλά συντηρεί την καύση οργανικών ενώσεων. 1.2 Χημική δομή Ν2Ο Το υποξείδιο του αζώτου είναι ισοστερές (ισοηλεκτρονιακό και ισοατομικό) με το διοξείδιο του άνθρακα, ως προς το οποίο παρουσιάζει αξιοσημείωτες ομοιότητες: Το Ν2Ο έχει γραμμική δομή (Ν=Ν=Ο) παρόμοια με εκείνη του CO2 (Ο=C=O). Και τα δύο οξείδια έχουν ουσιαστικά την ίδια σχετική μοριακή μάζα και το σημείο ζέσεως του Ν2Ο (-88,5ºC) βρίσκεται πολύ κοντά στο σημείο ζέσεως (ακριβέστερα εξάχνωσης) του CΟ2 (-78ºC). Η ποσοτική περιγραφή του είδους των δεσμών, των ηλεκτρονιακών πυκνοτήτων και των 9

11 ηλεκτροστατικών δυνάμεων στο Ν2Ο αποτελούσε πάντοτε ένα πρόβλημα για τους θεωρητικούς χημικούς, πολύ πιο δύσκολο από το αντίστοιχο πρόβλημα για το CO, το οποίο παραδοσιακά ήδη αποτελούσε μια δύσκολη περίπτωση. Tο μόριο του υποξειδίου του αζώτου είναι γραμμικό και μη συμμετρικό μόριο του οποίου η ηλεκτρονιακή μορφή μπορεί να παρασταθεί με τη μεσομέρεια που υποδηλώνεται (κυρίως) από τους κατά Lewis τύπους Ια και Ιβ ή (ισοδύναμα) τους τύπους ΙΙα και ΙΙβ. Και στις δύο μεσομερείς μορφές και στα τρία άτομα τηρείται ο κανόνας της οκτάδας (octet rule). Επιπλέον, και στις δύο μορφές το μεσαίο άτομο αζώτου έχει περίσσευμα θετικού φορτίου αφού παρέχει ηλεκτρόνιο είτε στο άτομο οξυγόνου (μορφή α), είτε στο ακρινό άτομο αζώτου (μορφή β), τα οποία έτσι διαθέτουν περίσσευμα αρνητικού φορτίου. Επικρατέστερη μορφή είναι η Ια (ή ΙΙα), που είναι και πιο συμβατή με τη μεγαλύτερη ηλεκτραρνητικότητα του οξυγόνου ως προς το άζωτο. Σημείωση: Τα χρώματα στα ηλεκτρόνια των δομών Ια και Ιβ βοηθούν μόνο στην παρακολούθηση των ηλεκτρονίων που προσφέρει ή δέχεται το κάθε ένα άτομο του μορίου. Στην πραγματικότητα τα ηλεκτρόνια εναλλάσσονται μεταξύ τους και δεν διακρίνονται πλέον σε ηλεκτρόνια του ενός ή του άλλου ατόμου. Σχήμα 1.1: Δομές συντονισμού του Ν 2Ο Και οι δύο μορφές συνενώνονται στον τύπο ΙΙΙ (δομή συντονισμού), που υποδηλώνει τάξη δεσμού 2 έως 3 για το δεσμό Ν-Ν (ακριβής τιμή: 2,73) και 1 έως 2 για τον δεσμό Ο-Ν (ακριβής τιμή: 1,61). Το μόριο εμφανίζει μια (κατά μέση τιμή) άνιση κατανομή φορτίου, που οδηγεί σε μια σχετικώς μικρή τιμή διπολικής ροπής 0,166 D (Debye). Κατά πάσα πιθανότητα το αρνητικό σκέλος του διπόλου βρίσκεται προς το άτομο του οξυγόνου, λόγω της μεγαλύτερης ηλεκτροαρνητικότητας του Ο έναντι του Ν, όπως και λόγω της ισχύος του δεσμού Ν-Ν (δηλ. επικρατεί η δομή Ια ή η ΙΙα) [2]. Σχήμα 1.2: Χημική δομή υποξειδίου του αζώτου 10

12 1.3 Φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές N2O Υπάρχουν δύο τύποι εκπομπών για το N2O, οι φυσικές και οι ανθρωπογενείς πηγές. Φυσικές πηγές αποτελούν οι χερσαίες, θαλάσσιες και ατμοσφαιρικές πηγές και υπολογίζονται σε περίπου 11 Mt N2Ο-N/έτος, σε σύγκριση με τις ανθρωπογενείς εκπομπές που υπολογίζονται περίπου σε 6 Mt N2Ο-N/έτος. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες που συντελούν στις εκπομπές αυτές είναι οι ακόλουθες (Σχήμα 1.3): ο βιολογικός μετασχηματισμός του αζωτούχου λιπάσματος σε Ν2Ο (καλλιέργειες) η καύση βιομάζας η καύση ορυκτών καυσίμων οι βιομηχανικές δραστηριότητες, επεξεργασία υδατικών λυμάτων, οι υδατοκαλλιέργειες η χρήση διαλυμάτων οι θάλασσες εξαιτίας της απόθεσης Ν2 που προέρχονται από ανθρωπογενείς παράγοντες. Σχήμα 1.3: Φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές Ν 2O ανά τομέα Μεγαλύτερη πηγή εκπομπών Ν2Ο λόγω των ανθρωπίνων δραστηριοτήτων θεωρούνται οι 11

13 αγροτικές καλλιέργειες, συμβάλλοντας σε 4.1 Mt N2Ο-Ν/έτος που αντιστοιχεί στο 66% του συνολικού ακαθάριστου των εκπομπών από ανθρωπογενείς παράγοντες. Κύριες πηγές εκπομπών Ν2Ο στον τομέα των αγροτικών καλλιεργειών αποτελούν τα συνθετικά λιπάσματα, η κοπριά και τα υπολλείματα σοδειών. Οι εκπομπές από βιομάζα προέρχονται κυρίως από φωτιές σε δάση, καύση υπολειμμάτων καλλιεργειών και καύση βιομάζας για θέρμανση και μαγείρεμα. Οι εκπομπές Ν2Ο που προέρχονται από την καύση βιομάζας ισοδυναμούν σε 0.7 Mt N2Ο-N/έτος που αντιστοιχούν στο 11% του συνολικού ακαθάριστου των εκπομπών από ανθρωπογενείς παράγοντες. Η επεξεργασία υδατικών διαλυμάτων μαζί με τις ιχθυοκαλλιέργειες συμβάλουν σε 0.25 Mt N2Ο-N/έτος εκπομπών, ή στο 4% του συνολικού ακαθάριστου των εκπομπών από ανθρωπογενείς παράγοντες. Το Ν2Ο μπορεί να παραχθεί κατά τη διάρκεια αυτών των διεργασιών ως ένα ενδιάμεσο προϊόν της νιτροποίησης και της απονιτροποίησης, με την τελευταία να αποτελεί τον κύριο υπαίτιο για τις εκπομπές Ν2Ο. Το διαλυμένο οξυγόνο, το ph και η συγκέντρωση του αντιδρώντος αζώτου είναι μερικές παράμετροι που μπορούν να επηρεάσουν σε σημαντικό βαθμό τις εκπομπές Ν2Ο. Ο τομέας της βιομηχανίας και της καύσης ορυκτών καυσίμων περιλαμβάνει εκπομπές N2O από την παραγωγή νιτρικού και αδιπικού οξέος καθώς και εκπομπές από κινητές και σταθερές πηγές καύσης. Οι τωρινές εκπομπές υπολογίζονται περίπου σε 0.9 Mt N2Ο-N/έτος και αντιστοιχούν στο 15% του συνολικού ακαθάριστου από ανθρώπινες πηγές. Οι εκπομπές αυτές αναμένεται να αυξηθούν σε 1.0 και 1.4 Mt N2Ο-N/έτος μέχρι το 2020 και 2050 αντίστοιχα. Οι κύριες πηγές βιομηχανικών εκπομπών είναι η παραγωγή νιτρικού και αδιπικού οξέος. Το νιτρικό οξύ αποτελεί τη μεγαλύτερη πρώτη ύλη στις κατασκευαστικές διεργασίες που αφορούν την παραγωγή εκρηκτικών, λιπασμάτων βασισμένα σε άζωτο, αδιπικού οξέος κ.α. Το Ν2Ο απελευθερώνεται ως υποπροϊόν κατά τη διάρκεια της καταλυτικής με Pt διεργασίας οξείδωσης της αμμωνίας. Η ποσότητα του Ν2Ο που σχηματίζεται βασίζεται στον τύπο και στην ηλικία του καταλύτη, καθώς και στις συνθήκες καύσης στη μονάδα οξείδωσης. Ο σχηματισμός του Ν2Ο στα εργοστάσια νιτρικού οξέος περιγράφεται από τις παρακάτω αντιδράσεις: 2 NH3 + 2 O2 N2O + 3 H2O (1.1) 2 NH3 + 8 NO 5 N2O + 3 H2O (1.2) 4 NH3 + 4 NO + 3 O2 4 N2O + 6 H2O (1.3) Το αδιπικό οξύ αποτελεί ένα δικαρβοξυλικό οξύ, (CH2)4(COOH)2, που παράγεται από την οξείδωση ενός μείγματος κετόνης-αλκοόλης από νιτρικό οξύ. Αποτελεί την μεγαλύτερη πρώτη ύλη στην παραγωγή νάιλον που χρησιμοποιείται στην κατασκευή διάφορων προϊόντων όπως πλαστικά, συνθετικές ίνες, υφάσματα κτλ. Το Ν2Ο εκπέμπεται ως υποπροϊόν κατά την οξείδωση του μείγματος κετόνης-αλκοόλης από το νιτρικό οξύ: (CH2)5CO (Cyclohexanone) + (CH2)5CHOH (Cyclohexanol) + HNO3 (CH2)4(COOH)2 (Adipic 12

14 Acid) + N2O + H2O (1.4) Οι εκπομπές του Ν2O από σταθερές πηγές καύσης παράγονται από δημόσια και βιομηχανικά εργοστάσια παραγωγής ενέργειας καθώς και από οποιαδήποτε διεργασία καύσης που εμπεριέχει ορυκτά ή βιοκαύσιμα ως φορείς ενέργειας. Ο σχηματισμός του Ν2O οφείλεται στην υψηλή θερμοκρασία οξείδωσης του αζώτου που υπάρχει είτε στον ατμοσφαιρικό αέρα είτε στα ορυκτά καύσιμα (οργανικό Ν). Η ποσότητα Ν2O που απελευθερώνεται από την καύση ορυκτών καυσίμων εξαρτάται άμεσα από τα χαρακτηριστικά και τον τύπο του καυσίμου, την θερμοκρασία καύσης και την τεχνολογία απομάκρυνσης που χρησιμοποιείται. 1.4 Ανθρωπογενείς πηγές Ν2Ο Τα τελευταία χρόνια η συγκέντρωση του N2O έχει αυξηθεί ραγδαία παρόλο που το N2O υπάρχει στην γήινη ατμόσφαιρα από τότε που ξεκίνησε να υπάρχει ζωή (Σχήμα 1.3). Στο πέρας χιλιάδων χρόνων η συγκέντρωση του Ν2Ο αντισταθμίζονταν από φυσικούς διαλύτες όπως η χημική διάσπαση του Ν2Ο στη στρατόσφαιρα. Επί του παρόντος ωστόσο, η συγκέντρωση του Ν2Ο, καθώς και άλλων αερίων όπως του μεθανίου (CH4) και του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) έχουν αυξηθεί με πρωτοφανή τρόπο. Το 2013 η συγκέντρωση των αερίων αυτών ήταν 326 ppb, 395 ppm και 1893 ppb, υπερβαίνοντας τα επίπεδα του 1750 κατά 20,40 και 170% αντίστοιχα (Πίνακας 1.1). Πίνακας 1.1: Συγκέντρωση αερίων που επιδρούν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου του έτους 2013 συγκριτικά με το έτος

15 Σχήμα 1.4: Γενική τάση ατμοσφαιρικής συγκέντρωσης Ν 2O κατά την περίοδο Από το 1850 και έπειτα σημειώθηκε μια σημαντική αύξηση στην ατμοσφαιρική συγκέντρωση του Ν2Ο και ακόμη περισσότερο τα τελευταία 60 χρόνια (Σχήμα 1.4). Η αυξημένη χρήση λιπασμάτων στον αγροτικό τομέα καθώς και η αυξημένη χρήση ορυκτών καυσίμων στον τομέα της ενέργειας είναι μια από τις σημαντικότερες αιτίες αυτής της αύξησης των εκπομπών του Ν2Ο. Επί του παρόντος, η συγκέντρωση του Ν2Ο στην ατμόσφαιρα υπερβαίνει κατά ένα μεγάλο ποσοστό τις υψηλότερες συγκεντρώσεις που έχουν καταγραφεί σε πυρήνες πάγων τα τελευταία χρόνια [3]. 1.5 Έλεγχος εκπομπών Ν2Ο Έως τώρα δεν υπάρχει κάποια συγκεκριμένη τεχνολογία για τον περιορισμό των εκπομπών Ν2Ο. Ορισμένα μέταλλα, καθαρά οξείδια, μικτά οξείδια, υποστηριγμένοι καταλύτες και ζεολιθικά συστήματα περιλαμβάνονται σε αρκετά από τα συστήματα που έχουν αναπτυχθεί στον τομέα της περιβαλλοντικής κατάλυσης. Οι περισσότερες καταλυτικές μελέτες που έχουν διεξαχθεί εξετάζουν αντιδρώντα συστήματα, τα οποία περιέχουν Ν2Ο απουσία και παρουσία περίσσειας Ο2. Οι παράμετροι που μεταβάλλουν την ενεργότητα των εξεταζόμενων καταλυτικών συστημάτων για την αντίδραση διάσπασης του Ν2Ο είναι οι εξής: τα δομικά χαρακτηριστικά του καταλύτη το είδος του υποστρώματος 14

16 η συγκέντρωση του μετάλλου ο τρόπος παρασκευής του καταλύτη Επίσης η συνύπαρξη άλλων αερίων ενώσεων που δεν συμμετέχουν άμεσα στην αντίδραση αλλά είναι δυνατό να υφίστανται στα καυσαέρια πραγματικών διεργασιών, όπως τα SO2 και Η2Ο, είναι δυνατό να επηρεάσουν την ενεργότητα του συστήματος όσο και τον μηχανισμό της αντίδρασης. [13] 1.6 Επίδραση του Ν2Ο στο φυσικό περιβάλλον Τα οξείδια του αζώτου (ΝΟx) είναι η αιτία για την εμφάνιση πολλών αρνητικών επιδράσεων στο περιβάλλον οι οποίες συνοψίζονται παρακάτω: οι σημαντικές αλλαγές στη σύσταση ορισμένων ειδών βλάστησης υδροβιοτόπων και χερσαίων εκτάσεων, η εμφάνιση της όξινης βροχής η όξυνση και ο ευτροφισμός των γλυκών υδάτων η μειωμένη ορατότητα η αύξηση των επιπέδων τοξινών για ψάρια και άλλα υδρόβια ζώα Στην ατμόσφαιρα τα οξείδια του αζώτου, ως ιδιαίτερα δραστικά αέρια, πραγματοποιούν αντιδράσεις και επηρεάζουν αρνητικά τη σύστασή της με την παραγωγή ρύπων. Μερικές από τις επιπτώσεις που προκύπτουν από αυτές τις αντιδράσεις των οξειδίων του αζώτου είναι: η τρύπα του όζοντος η δημιουργία της όξινης βροχής με συνέπειες στον υδροφόρο ορίζοντα η αύξηση των αιωρούμενων σωματιδίων της ατμόσφαιρας που μειώνουν την ορατότητα της Το υποξείδιο του αζώτου με τις συγκεντρώσεις που υφίσταται στη ατμόσφαιρα δεν είναι άμεσα τοξικό [4]. Η συγκέντρωση του παραμένει σταθερή σχεδόν σε όλη την έκταση της ατμόσφαιρας περίπου στα 0,25 ppm. Προς το τέλος της τροπόσφαιρας, η συγκέντρωση του Ν2Ο ξεκινάει να ελαττώνεται σταδιακά με το ύψος λόγω φωτοδιάσπασης ή λόγω αντίδρασης του με το οξυγόνο. N2O + hv N2 + O (λ<340nm) (1.5) N2O + hv NO + N (λ<250nm) (1.6) N2O + O N2 + O2 (1.7) N2O + O 2NO (1.8) 15

17 To N2O θεωρείται το πιο επικίνδυνο αέριο όσον αφορά το πρόβλημα της τρύπας του όζοντος, καθώς επίσης είναι και το τρίτο πιο επιβλαβές αέριο για το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Λύση σε αυτό το πρόβλημα έρχεται να δώσει η απευθείας καταλυτική διάσπαση του Ν2Ο η οποία είναι μια από τις πιο υποσχόμενες τεχνολογίες απομάκρυνσης για την μείωση των εκπομπών. Αν και οι καταλύτες βασισμένοι σε ευγενή μέταλλα συγκεντρώνουν ικανοποιητικά αποτελέσματα όσον αφορά την διάσπαση του Ν2Ο, το υψηλό κόστος και η ευαισθησία τους σε διάφορα συστατικά ρευστών απόβλητων (π.χ. υδρατμοί, οξυγόνο) περιορίζουν την ευρεία χρήση τους σε βιομηχανικό επίπεδο. Έτσι, η ανάπτυξη καταλυτών ΝΜs-free χαμηλού κόστους και ικανοποιητικής απόδοσης den2ο είναι πρωταρχικής σημασίας. Ο βασικός κύκλος του Ν2Ο στη φύση αποτελείται από τα εξής 3 στάδια: 1) την παραγωγή του στο έδαφος 2) τη διάχυση του στην στρατόσφαιρα και τέλος 3) τη φωτοαποσύνθεση του Ο τρόπος με τον οποίο η φωτοχημική αιθαλομίχλη σχηματίζεται είναι όταν ορισμένοι ρύποι αλληλεπιδρούν υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας και σχηματίζουν ένα μίγμα εκατοντάδων διαφορετικών επικίνδυνων χημικών ενώσεων.ο σχηματισμός θειικού οξέος και σωματιδίων θείου ευνοείται από τις ισχυρές οξειδωτικές συνθήκες σε συνδυασμό με την παρουσία SO2 στην ατμόσφαιρα Τρύπα του Όζοντος Στην στρατόσφαιρα υπάρχει μεγάλη συγκέντρωση των οξειδίων του αζώτου και αυτό οφείλεται στη διάσπαση του υποξειδίου του αζώτου, όταν αυτό αντιδρά με διεγερμένα άτομα οξυγόνου. Οπότε όταν αυξάνεται η συγκέντρωση του Ν2Ο στην ατμόσφαιρα, αυξάνονται ταυτόχρονα και οι συγκεντρώσεις των ΝΟx. Σύμφωνα με τους Ravishankara et al., τα ΝΟx και κατ επέκταση το Ν2Ο, καταστρέφουν περισσότερο όζον στην στρατόσφαιρα συγκριτικά με άλλα συστατικά μείωσης (ODSs), όπως τα CFCs [5]. To N2O είναι το ίδιο σταθερό στην τροπόσφαιρα, όπου εκπέμπεται και μεταφέρεται στην στρατόσφαιρα όπου απελευθερώνει ενεργές χημικές ουσίες που καταστρέφουν το στρατοσφαιρικό όζον μέσω αντιδράσεων οξείδωσης. 16

18 1.6.2 Φαινόμενο του Θερμοκηπίου Μια επιπλέον επίδραση του Ν2Ο είναι στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, το οποίο είναι υπεύθυνο για την ισχυρή απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα. Παρόλο που το υποξείδιο του αζώτου δεν αποτελεί τον κύριο παράγοντα που συμβάλει στη θέρμανση του πλανήτη(~6%) είναι πολύ ισχυρότερο από τα άλλα δύο ανθρωπογενή αέρια του θερμοκηπίου (CO2 και CH4) καθώς η διάρκεια ζωής του στην ατμόσφαιρα επεκτείνεται ως τα 150 έτη, έχει 310 φορές και 21 φορές αντίστοιχα Παγκόσμιο Δυναμικό Θέρμανσης (GWP) έναντι των CO2 και CH4 [6]. 1.7 Επιπτώσεις του Ν2Ο στην ανθρώπινη υγεία Έως τώρα, αρκετές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί σε διάφορους τομείς της επιστήμης της βιολογίας που φανερώνουν τη σημασία του Ν2Ο στην ανθρώπινη υγεία. Το Ν2Ο θεωρείται δηλητηριώδες για το αναπνευστικό σύστημα προκαλώντας νόσους του πνεύμονα καθώς και αναπνευστικές αλλεργίες. Έκθεση σε συγκεντρώσεις Ν2Ο μεγαλύτερες από 0,05 ppm για περισσότερο από εικοσιτέσσερις ώρες μπορεί να προκαλέσουν επικίνδυνες επιδράσεις στον ανθρώπινο οργανισμό [7,8]. Μια θετική επίδραση του υποξειδίου του αζώτου είναι όταν χρησιμοποιείται στην οδοντιατρική ως αναισθητικό αέριο και κυρίως ως αγχολυτικό ( χαλαρωτικό ) και ως συμπλήρωμα άλλων τοπικών αναισθητικών. Χορηγείται μαζί με οξυγόνο σε αναλογία Ν2Ο : Ο2 από 40:60 έως 70:30 (συνήθως 60:40) και δρα σχεδόν αμέσως, ενώ αποβάλλεται μέσα σε 3-5 λεπτά από τον οργανισμό μετά τη χορήγηση. Ο ασθενής υπόκειται σε μια ήπια νάρκωση, εξακολουθεί να είναι δεκτικός σε προφορικές εντολές και τα αμυντικά για τον οργανισμό αντανακλαστικά (βήχας, λαρυγγικός σπασμός) λειτουργούν κανονικά [9]. Το υποξείδιο του αζώτου δεν θεωρείται καρκινογόνος ουσία, ούτε παρουσιάζει κάποια μεταλλαξιγόνο δράση. Παρόλα αυτά, έχει αποδειχθεί από πειράματα που έγιναν ότι όταν χορηγείται ως αναισθητικό σε αρουραίους είναι ικανό να προκαλέσει αυτόματες αποβολές και καθυστέρηση στην ανάπτυξη εμβρύων. Επίσης, μπορεί να προκαλέσει εμετό και ναυτία στο 15% των ασθενών, ενώ μακροχρόνια επαγγελματική έκθεση αναστέλλει την ανάπτυξη των κυττάρων του μυελού των οστών, επομένως έχει μια αρνητική επίδραση στην αιμοποιητική ικανότητα του οργανισμού. Τα προβλήματα υγείας που προκαλεί η μακροχρόνια εισπνοή του υποξειδίου του αζώτου οφείλονται στο γεγονός ότι το αέριο αυτό καταστρέφει τη βιταμίνη Β12 (κοβαλαμίνη). H B12 είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη και τη διατήρηση υγιούς του νευρικού συστήματος, για την παραγωγή του DNA και για τη δημιουργία των ερυθρών αιμοσφαιρίων [10,11]. 17

19 Η ανώτερη συγκέντρωση του Ν2Ο σε κλειστούς χώρους σύμφωνα με την Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος είναι τα 50 ppm. Μελέτες που έχουν γίνει σε σπίτια και χώρους εργασίας δείχνουν ότι οι συσκευές θέρμανσης και καύσης υγραερίου θα πρέπει να διαθέτουν εξωτερικό αερισμό, διαφορετικά μπορούν να δημιουργηθούν υψηλές συγκεντρώσεις που φτάνουν και τα 900 ppm. Το όριο συγκέντρωσης Ν2Ο που έχει οριστεί στο εργασιακό περιβάλλον είναι περίπου στα 100 ppm για σύντομο χρονικό διάστημα [12]. 1.8 Σκοπός Διπλωματικής Όπως είδαμε οι εκπομπές του υποξειδίου του αζώτου προκαλούν σοβαρά προβλήματα στον άνθρωπο και στο περιβάλλον. Συνεπώς η καταλυτική διάσπαση του είναι μείζονος σημασίας. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι να ελέγξουμε την ενεργότητα ορισμένων καταλυτών και πιο συγκεκριμένα των καταλυτών χαλκού και κοβαλτίου στην καταλυτική διάσπαση του Ν2Ο έτσι ώστε να αξιοποιηθεί αυτή η έρευνα από τις βιομηχανίες παραγωγής καταλυτικών συστημάτων. Στα πλαίσια ολοκλήρωσης αυτής της έρευνας χρησιμοποιήσαμε τον εργαστηριακό εξοπλισμό που βρίσκεται στο Εργαστήριο Τεχνολογίας Περιβάλλοντος του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας. 18

20 Κεφάλαιο Τεχνολογίες μείωσης Ν2Ο Το 1970 άρχισε να γίνεται αντιληπτή η παρουσία των εκπομπών NOx, και κατά συνέπεια του Ν2Ο στην ατμόσφαιρα. Για αυτό και έγιναν αντικείμενο έρευνας, έτσι ώστε να ελαττωθούν οι επιπτώσεις που επιφέρουν. Οι εκπομπές Ν2Ο από τις γεωργικές δραστηριότητες είναι δύσκολο να εκτιμηθούν σε αντίθεση με τις εκπομπές που δημιουργούνται στο βιομηχανικό τομέα και στις χημικές διεργασίες όπου μπορούν να εκτιμηθούν με περισσότερη ασφάλεια. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα την ανάπτυξη αρκετών τεχνολογιών μείωσης και απομάκρυνσης των εκπομπών αυτών οι οποίες χωρίζονται σε 2 κατηγορίες: α) παρέμβαση στην παραγωγική διαδικασία ελαττώνοντας τις εκπομπές των ΝΟx από τις διεργασίες καύσεις (pre-combustion methods), β) επεξεργασία και καθαρισμός των αερίων αποβλήτων μετά την καύση (post-combustion methods). Τα οξείδια του αζώτου (ΝΟx) καθώς και το υποξείδιο του αζώτου (Ν2O) σχηματίζονται κατά τις διεργασίες καύσης τόσο από την αλληλεπίδραση σε υψηλές θερμοκρασίες του Ν2 και του Ο2 που εμπεριέχονται στον ατμοσφαιρικό αέρα (θερμικά ΝΟx), αλλά κυρίως μέσω της οξείδωσης των αζωτούχων ενώσεων που αποτελούν συστατικά των ορυκτών καυσίμων [15]. Ο έλεγχος των εκπομπών κατά την παραγωγική διαδικασία στηρίζεται κυρίως στην βελτίωση της καύσης στους βιομηχανικούς καυστήρες. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με 1) καύση σε δύο στάδια, 2) αναβάθμιση τεχνολογίας καυσίμου (χρήση low-nox burners), 3) επανακυκλοφορία απαερίων. Μειωνεκτήματα αυτών των τεχνικών αποτελούν το υψηλό κόστος καθώς και το ο,τι μπορούν να επηρεάσουν την τελική απόδοση της διεργασίας. Βέλτιστη λύση στην μείωση των εκπομπών Ν2O είναι η ελάττωση σχηματισμού τους στον αγροτικό τομέα. Για αυτό το λόγο μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι παρακάτω στρατηγικές [16,17] : μείωση απωλειών και αποβλήτων στα τρόφιμα, βελτίωση της απόδοσης στη χρήση αζώτου τόσο στις καλλιέργειες όσο και στην κτηνοτροφία. Σε περίπτωση που απαιτούνται υψηλότερες αποδόσεις απομάκρυνσης σε σχέση με εκείνες που μπορούν να επιτευχθούν από τους υπόλοιπους ελέγχους καύσης τότε χρησιμοποιείται η επεξεργασία των απαερίων (Flue Gas Treatment). Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται επίσης όταν δεν εφαρμόζεται έλεγχος καύσης. Οι τεχνικές FGT διακρίνονται σε ξηρές και υγρές. Αρκετές αντιρρυπαντικές τεχνολογίες έχουν αναπτυχθεί με σκοπό τον έλεγχο των εκπομπών του N2Ο στη βιομηχανία ενέργειας καθώς και στη χημική βιομηχανία, οι οποίες είναι οι εξής: i) θερμική διάσπαση, ii) μη-εκλεκτική καταλυτική αναγωγή (NSCR), iii) εκλεκτική 19

21 καταλυτική αναγωγή (SCR) και iv) απευθείας καταλυτική διάσπαση (den2ο) [18-21]. Μια από τις αποτελεσματικότερες μεθόδους για τον έλεγχο των εκπομπών του N2O θεωρείται η καταλυτική διάσπαση του και ο λόγος είναι ότι αποτελεί μια απλή μέθοδο με υψηλή απόδοση και χαμηλές ενεργειακές απαιτήσεις [18,22]. Από το 2000 μέχρι σήμερα, λόγω του έντονου ενδιαφέροντος για την καταλυτική διάσπαση του Ν2Ο έχουν δημοσιευθεί πάνω από 1000 άρθρα σχετικά με τέτοιου τύπου καταλύτες Απευθείας καταλυτική διάσπαση Η απευθείας καταλυτική διάσπαση του N2Ο σε Ν2 είναι µία από τις αποτελεσματικότερες μεθόδους μείωσης του N2Ο κι έχει μελετηθεί εκτεταμένα σε καταλύτες, που παρασκευάστηκαν µε εµποτισµό ευγενών μετάλλων [23-29] και οξειδίων μετάλλων [23,24] πάνω σε διάφορους καταλυτικούς φορείς, όπως σπινέλια [30,31], ζεόλιθους [32,33], περοβσκίτες [34,35] και υδροταλκίτες [36,37]. Ωστόσο, η υψηλή απόδοση των παραπάνω καταλυτικών συστημάτων παρεμποδίζεται από το ισχυρά ροφηµένο ατοµικό οξυγόνο, που προέρχεται είτε από την αέρια φάση είτε από την διάσπαση του N2Ο. Η παρεμποδιστική δράση του οξυγόνου οφείλεται στα ισχυρά ροφηµένα άτοµα οξυγόνου, που καλύπτουν µεγάλο ποσοστό της επιφάνειας του καταλύτη, µε αποτέλεσµα να δεσμεύουν τα ενεργά καταλυτικά κέντρα [6,38]. Για τον σκοπό αυτό, οι ερευνητικές προσπάθειες έχουν εστιαστεί στον περιορισµό των εκπομπών N2Ο χρησιμοποιώντας ως αναγωγικά µέσα CO και HCs, καθώς έχει αποδειχθεί ότι η παρουσία αναγωγικού µέσου διευκολύνει την απομάκρυνση των ροφηµένων ατόµων οξυγόνου [16,39,40], επιτυγχάνοντας παράλληλα την μετατροπή αυτών των ρύπων προς CO2 και Η2Ο [6,32,38] Θερμική διάσπαση Η θερμική διάσπαση του N2Ο έχει ανάγκη από υψηλότερη ενέργεια ενεργοποίησης για αυτό και απαιτεί πολύ υψηλότερη θερμοκρασία από αυτή της απευθείας καταλυτικής διάσπασης. Ο μηχανισμός της θερμικής διάσπασης δεν μπορεί, κατά κανόνα, να ορίζεται σε μια καθολικά έγκυρη μορφή και πρέπει να εξεταστεί στο πλαίσιο της σύνθεσης του αερίου στο σύνολό του. Ο ακόλουθος μηχανισμός έχει προταθεί για τη θερμική διάσπαση του καθαρού οξειδίου του αζώτου ( ) [41-43]: N2O + M N2 + O + M (2.16) 20

22 N2O + O N2 + O2 (2.17) N2O + O 2 NO (2.18) Στις συμβατικές διεργασίες αποτέφρωσης, μέσω ενός ειδικού καυστήρα τα απαέρια Ν2Ο αποσυντίθεται θερμικά με την ταυτόχρονη καύση ενός μίγματος αέρα και καυσίμου. Για να μειωθούν οι πρόσθετοι ρυπαντές NOx από τα αέρια πρέπει να διασφαλιστεί η επαρκή περίσσεια καυσίμου. Όταν το αέριο που περιέχει Ν2Ο είναι προς επεξεργασία βρίσκεται ήδη στις υψηλές θερμοκρασίες που απαιτούνται για την θερμική διάσπαση, όπως είναι η περίπτωση για το αέριο εξόδου από ένα καταλυτικό αντιδραστήρα οξείδωσης της αμμωνίας, παρατείνοντας απλά το χρόνο παραμονής του αερίου στην θερμοκρασία αυτή πριν από την ψύξη αρκεί για να επιτευχθεί εκτεταμένη θερμική αναδόμηση του N2O. Αυτή η μέθοδος όμως είναι οικονομικά συμφέρουσα μόνον εάν τα επίπεδα θερμοκρασίας εξασφαλίζονται με τη διαδικασία και όχι με πρόσθετα δαπανηρά μέτρα. Κρίνεται αναγκαίος ο έλεγχος της θερμοκρασίας έτσι ώστε να μην έχουμε σχηματισμό NOx με τα αέρια αποβλήτων ή κάποια ανεπιθύμητη αναδόμηση με τα αέρια διεργασίας. Υπάρχει ακόμη η ανάγκη για μια οικονομική διαδικασία με ελάχιστες απαιτήσεις συμπληρωματικού καυσίμου που να είναι σε θέση να επεξεργαστεί τα βιομηχανικά αέρια που έχουν μολυνθεί με N2O, ενώ αφήνει τα χρήσιμα συστατικά ανέπαφα [36] Αντιδράσεις Το Ν2O είναι χημικά αδρανές σε θερμοκρασίες δωματίου. Δεν αντιδρά με οξέα, βάσεις, ισχυρά αναγωγικά ή οξειδωτικά μέσα. Είναι γνωστή η θερμική διάσπαση του Ν2O σε Ν2 σε υψηλές θερμοκρασίες (Τ>600ºC) λόγω της μεγάλης ενέργειας ενεργοποίησης της διάσπασης του. Στο ασύμμετρο μόριο του Ν2O, ο δεσμός Ν-Ο είναι ασθενέστερος και είναι πιο εύκολο να σπάσει πρώτος [30]. Η αντίδραση διάσπασης του είναι: Σχήμα 2.1: Το μόριο του Ν 2Ο 21

23 2Ν2Ο 2Ν2 + Ο2 (ΔrHo 298 = 163kJ/mol) (2.1) Πολλά καταλυτικά συστήματα έχουν μελετηθεί με σκοπό την καταλυτική διάσπαση του Ν2Ο. Ο γενικός μηχανισμός διάσπασης ξεκινάει από την προσρόφηση του Ν2Ο στα ενεργά κέντρα του καταλύτη, και ακολουθεί η διάσπαση του σε μοριακό άζωτο (Ν2) και επιφανειακό οξυγόνο (Ο). Το επιφανειακό οξυγόνο είτε εκροφάται μέσω του συνδυασμού του με άλλο άτομο οξυγόνου είτε αντιδρώντας άμεσα με άλλο μόριο Ν2Ο. Άλλος τρόπος απομάκρυνσης του προσροφημένου οξυγόνου από τα ενεργά κέντρα του καταλύτη είναι η αντίδραση του με κάποιο αναγωγικό μέσο (CO, HC). Ν2Ο + * k 1 k 1 Ν2Ο* (2.2) Ν2Ο* k 2 N2 + O* (2.3) 2O* k 3 k 3 O2 + 2* (2.4) Ν2Ο + O* k 4 N2 + O2 + * (2.5) Τα στάδια (2.2) και (2.4) είναι αντιστρεπτά, ενώ τα βήματα (2.3) και (2.5) είναι μη αντιστρεπτά. Η αλληλεπίδραση του Ν2Ο με τα ενεργά κέντρα του καταλύτη συνίσταται στην παροχή ηλεκτρονίων από τον καταλύτη στα αντιδεσμικά μοριακά τροχιακά του Ν2Ο, αποσταθεροποιώντας τον δεσμό Ν-Ο και οδηγώντας έτσι στη διάσπαση του. Ενεργοί καταλύτες είναι τα οξείδια μετάλλων, που έχουν την ιδιότητα να προσφέρουν φορτίο, τα μέταλλα μετάπτωσης με περισσότερους αριθμούς οξείδωσης καθώς επίσης τα F-κέντρα (κενές θέσεις σε μια οξειδωμένη επιφάνεια με ένα παγιδευμένο ηλεκτρόνιο). Μελέτες έδειξαν ότι το είδος που αρχικά σχηματίζεται από τη διάσπαση του Ν2Ο είναι το O- [44,45]. Η εκρόφηση των ατομικά ροφημένων ειδών οξυγόνου (αντιδράσεις 3.4 και 3.5) είναι το ρυθμοκαθοριστικό στάδιο του μηχανισμού διάσπασης του Ν2Ο. Με βάση τα παραπάνω προκύπτει ότι η ανάπτυξη καινοτόμων καταλυτικών υλικών, ανθεκτικών στην δηλητηρίαση από το Ο2, είναι ένα ζήτημα μείζονος περιβαλλοντικής σημασίας [46] Επίδραση του μετάλλου Ευγενή μέταλλα, οξείδια μετάλλων και ζεόλιθοι αποτελούν τους κύριους καταλύτες για τη διάσπαση του Ν2Ο σε άζωτο και οξυγόνο [16,47-62]. 22

24 Το 1992 οι Swamy και Christopher μελέτησαν την καταλυτική διάσπαση του N2O με τη χρήση περοβσκίτη [48]. Το 2001 οι Peña και Fierro έκαναν μια πιο λεπτομερείς μελέτη απάνω στη χημική δομή και συμπεριφορά υλικών τύπου περοβσκιτών [49]. Το 1996 ο Kannan ερεύνησε διεξοδικά την den2o απόδοση των υλικών τύπου υδροταλκίτη [50], ενώ το ίδιο έτος (1996) oι Kapteijn et al. [16] δημοσίευσαν μία έρευνα πάνω στην διάσπαση του N2O με καταλύτες στηριγμένους σε μέταλλα, μικτά ή μη οξείδια καθώς και ζεολιθικά συστήματα. Διευθετήθηκαν αρκετές παράμετροι πάνω στον μηχανισμό και στην κινητική της αντίδρασης καθώς και σε διάφορους παράγοντες που επηρεάζουν τη δραστικότητα των καταλυτών όπως τα συστατικά Ο2, Η2Ο, ΝΟ. Αντίστοιχα, η Serwicka το 2001 μελέτησε λεπτομερώς την εφαρμογή καταλυτών από άργιλο για την απομάκρυνση οξειδίων αζώτου (denox) [51] και το 2003 οι Centi et al. [47] διερεύνησαν τη καταλυτική διάσπαση Ν2Ο σε ενεργούς καταλύτες βασισμένους σε Rh. Στην αναφορά τους αυτή αποδείχθηκε πως οι καταλύτες Rh ενισχυμένοι με τροποποιημένο φορέα ζιρκονία-αλουμίνα θεωρούνται από τους πιο αποτελεσματικούς στην καταλυτική διάσπαση Ν2Ο [47]. Παρά το γεγονός ότι οι καταλύτες ευγενών μετάλλων (ΝΜs) παρουσιάζουν ικανοποιητική ενεργότητα σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες, η καταλυτική τους απόδοση αναστέλλεται από την παρουσία Ο2, ΝΟ και Η2Ο, τα οποία συνήθως συνυπάρχουν στα απαέρια. Δεν υπάρχει ευρεία εφαρμογή των ΝΜs στη βιομηχανία λόγω του υψηλού κόστους καθώς και της ανεπαρκής θερμικής σταθερότητας. Οπότε είναι σημαντικό να αναπτυχθούν καταλυτικά υλικά χαμηλού κόστους που θα είναι ιδιαίτερα ενεργά και σταθερά για τον αποτελεσματικό έλεγχο των εκπομπών του Ν2Ο σε βιομηχανίες και μονάδες παραγωγής ενέργειας [16,52-56]. Τα οξείδια μετάλλων (ΜΟs) αποτελούν μία από τις πιο σημαντικές και ευρέως διαδεδομένες κατηγορίες καταλυτών λόγω του χαμηλού κόστους τους σε συνδυασμό με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους, όπως οι εξαιρετικές οξειδοαναγωγικές τους ικανότητες, η θερμική σταθερότητα και η ικανοποιητική καταλυτική τους ενεργότητα [54,57-62,63-65]. Ενδιαφέρον προκαλεί το γεγονός ότι τα μείγματα ΜΟs που αποτελούνται από δύο ή περισσότερα οξείδια σε συγκεκριμένη ποσότητα χρησιμοποιούνται εκτενώς στην ετερογενή κατάλυση καθώς παρουσιάζουν χημικές και ηλεκτρονιακές ιδιότητες, αλλά και δομή τελείως διαφορετικά από αυτά των αρχικών οξειδίων. Η συνέργεια αυτή μεταξύ των διαφορετικών μερών συνήθως προσφέρει μοναδικές φυσικοχημικές ιδιότητες, οι οποίες αντανακλώνται και στην καταλυτική συμπεριφορά [54,57,61-64]. Μεταξύ των καταλυτών MOs, τα οξείδια μετάλλων μετάπτωσης είναι υψίστης σημασίας στον τομέα της ετερογενούς κατάλυσης, λόγω των ιδιόρρυθμων ιδιοτήτων χημειορρόφησης, που αποδίδονται στην παρουσία μερικώς εμπλουτισμένων d-shells μεταλλικών ιόντων [53,64]. 23

25 Είναι ευρέως γνωστό πως η συμπεριφορά των υλικών αυτών επηρεάζεται σημαντικά από συγκεκριμένα χαρακτηριστικά όπως η σύνθεσή τους, η κρυσταλλική δομή, η μορφολογία και οι επιφανειακές ιδιότητες [54,57,61,64]. Συνεπώς, πολλές προσπάθειες έχουν επικεντρωθεί στον ορθολογικό σχεδιασμό και στην προσαρμογή των ΜΟs μέσω ανεπτυγμένων μεθόδων και στην χρήση ηλεκτρονιακών / δομικών προωθητών. Οι βιβλιογραφικές μελέτες που επικεντρώνονται στην διαδικασία den2o σε ΝΜs-free MOs (μικτά οξείδια χωρίς ευγενή μέταλλα) μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ως εξής : (i) καθαρά οξείδια (ii) εξαλουμινίτες (hexaaluminates) (iii) υδροταλκίτες (hydrotalcites) (iv) σπινέλια (v) περοβσκίτες (vi) μικτά οξείδια που δεν ανήκουν στις παραπάνω κατηγορίες. Η αξιολόγηση αυτή καλύπτει αρκετές πτυχές του μηχανισμού αντίδρασης, πάνω στο ρόλο ποικίλων ουσιών που συνυπάρχουν στα απαέρια του Ν2Ο (Ο2, ΝΟ, Η2Ο), καθώς επίσης και στις στρατηγικές που ακολουθήθηκαν για την προσαρμογή της τοπικής επιφανειακής δομής των MOs και συνεπώς της den2o απόδοσης. Παρέχονται επίσης θεμελιώδεις ιδέες ως προς την τελειοποίηση της χημείας της επιφάνειας (surface chemistry) των ΜΟs με ανεπτυγμένες μεθόδους παρασκευής και/ή ηλεκτρονικής προώθησης τους. Δεν δίνεται μόνο έμφαση στην απόδοση den2o των προαναφερθέντων οξειδίων αλλά επίσης και στην συσχέτιση ανάμεσα στην καταλυτική ενεργότητα και στην χημεία της επιφάνειας των MOs. Τα τελευταία χρόνια, για την καταλυτική διάσπαση του Ν2Ο έχει μελετηθεί μεγάλος αριθμός καταλυτών, μεταξύ αυτών καταλύτες ευγενών μετάλλων και μετάλλων μετάπτωσης, καθαρά και μικτά οξείδια μετάλλων, ζεόλιθοι και περοβσκίτες. Όσον αφορά τους καταλύτες μετάλλων τα πιο ευρέως διαδεδομένα μέταλλα που έχουν μελετηθεί είναι τα εξής; Pt, Pd, Ag, Au και Ge, όπου η διάσπαση πραγματοποιείται σε θερμοκρασίες μικρότερη των 650Κ. Αρχικά οι πρώτες ερευνητικές προσπάθειες επικεντρώθηκαν στον λευκόχρυσο (Pt). Τα αποτελέσματα αυτών των μελετών αποκάλυψαν ότι ο ρυθμός αντίδρασης είναι ανάλογος της μερικής πίεσης του Ν2Ο και το οξυγόνο έχει παρεμποδιστική δράση μέχρι μιας συγκεκριμένης μερικής πίεσης. Η επίδραση του Ο2 εμφανίζεται στις χαμηλές μερικές πιέσεις, πάνω από τις οποίες η παρεμπόδιση και ο ρυθμός της αντίδρασης πραγματοποιείται ανεξαρτήτως της μερικής πίεσης του οξυγόνου. Οι Takoudis και Schmidt [66], μελέτησαν την παραπάνω αντίδραση σε χαμηλές πιέσεις Ν2Ο (1-65 Pa) και κατέληξαν σε μια ενέργεια ενεργοποίησης της επιφανειακής διασπάσεις του Ν2Ο 146 kj/mol. 24

26 Στα καθαρά οξείδια, τη μεγαλύτερη δραστικότητα για την διάσπαση του Ν2Ο εμφανίζουν τα οξείδια των μετάλλων της ομάδας VIII (Rh, Ir, Co, Fe, Ni) το CuO καθώς και ορισμένα οξείδια σπανίων γαιών (La). Επίσης, υψηλή δραστικότητα εμφανίζουν τα CaO, SrO, V2O3. Μέτρια δραστικότητα εμφανίζουν τα μέταλλα των ομάδων III-VII (Μn, Ce, Th, Sn, Cr) καθώς και μερικά στοιχεία της ομάδας ΙΙ (Mg, Zn, Cd). Οι ενέργειες ενεργοποίησης κυμαίνονται μεταξύ 80 και 170 kj/mol. Ο ρυθμός αντίδρασης συνήθως είναι ανάλογος με την μερική πίεση του Ν2O ή έναν ελαφρώς χαμηλότερο ρυθμό εξαιτίας του παρεμποδιστικού ρόλου του παραγόμενου οξυγόνου. Μία σημαντική παρατήρηση είναι ότι μερικά οξείδια φαίνονται να μην επηρεάζονται από την παρουσία του οξυγόνου, όπως Ca, Sr, La, Ce, Zn, Hf, αυτό είναι ιδιαιτέρως σημαντικό για εφαρμογές σε περιβάλλον που περιέχει οξυγόνο. Η δραστικότητα της ενεργούς φάσης επηρεάζεται σημαντικά από την οξειδωτική κατάσταση του μετάλλου. Για παράδειγμα στο μαγγάνιο, που έχει διάφορες οξειδωτικές καταστάσεις, η σειρά ενεργότητας είναι η ΜnO<MnO2<Mn3Ο4<Mn2Ο3. Φαίνεται ότι το τρισθενές μαγγάνιο είναι η βέλτιστη οξειδωτική κατάσταση. Η διάσπαση του Ν2Ο σε καταλύτες οξειδίων του μαγγανίου μελετήθηκε και από τους Yamashita και Vannice [67], οι οποίοι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το δραστικότερο οξείδιο είναι το Mn2Ο3. Τα τελευταία χρόνια έχουν παρασκευαστεί και μελετηθεί, πολύ δραστικά καταλυτικά συστήματα οξειδίων. Παρακάτω αναφέρονται μερικά από τα σημαντικότερα πειράματα. Οι Drago et al. μελέτησαν την διάσπαση του Ν2Ο [68], σε διάφορα οξείδια μετάλλων παρασκεύασαν ένα σύστημα CoO/MgO, το οποίο ήταν πολύ πιο δραστικό από τα επιμέρους συστατικά του. Το σύστημα αυτό παρουσίαζε μετατροπή του Ν2Ο 95% στους 500 C με ταχύτητα h -1 και αρχική συγκέντρωση Ν2Ο στην τροφοδοσία ppm. Η ενεργότητα όμως αυτού του καταλύτη παρατηρήθηκε ότι ελαττωνόταν με την επεξεργασία σε ρεύμα οξυγόνου στους 1000 C. Για την παρεμποδιστική δράση του Ο2 στην αντίδραση διάσπασης του Ν2Ο γίνεται αναφορά παρακάτω. Σημαντική έρευνα έχει πραγματοποιηθεί στα συστήματα μικτών οξειδίων όπως οι περοβσκίτες και τα σπινέλια. Τα τελευταία χρόνια έχουν παρασκευαστεί και μελετηθεί, πολύ δραστικά συστήματα μικτών οξειδίων, που προέρχονται από διάσπαση, σε υψηλές θερμοκρασίες, υδροταλκιτών που περιέχουν μέταλλα μετάπτωσης, όπως Co, Cu, Ni, Rh, Ru και Pd. Η σειρά ενεργότητας βρέθηκε να είναι, Co-Rh > Co-La > Co-Mg >Co-ZSM-5. Η παρεμπόδιση από το οξυγόνο δεν είναι υψηλή, υπάρχει όμως ισχυρή παρεμπόδιση από το νερό.τα καταλυτικά αυτά συστήματα παρουσιάζουν πολύ καλή συμπεριφορά σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από τους 900Κ, σε υγρό και οξειδωτικό περιβάλλον, γεγονός που δίνει υποσχέσεις για πρακτική εφαρμογή. Oι E. Ghione et al. [69] μελέτησαν την δραστικότητα του MgCo2Ο4 στην αντίδραση διάσπασης του Ν2Ο. Το οξείδιο του MgCο2Ο4, τύπου σπινελίου παρουσίασε την υψηλότερη 25

27 δραστικότητα ως συνέπεια της μεγαλύτερης ικανότητας του να καταλαμβάνει τις κενές θέσεις της επιφάνειας, που είναι ο βασικός παράγοντας στην καταλυτική διάσπαση του N2Ο. Οι DuPont και UOP [70], ανέπτυξαν τη καταλυτική διεργασία CoO-NiO/ZrO2 (ΝΙΚEΛΙΟ/ΖΙΡΚOΝΙΟ) για τη διάσπαση του N2Ο. Ο καταλύτης αυτός βασιζόταν σε ένα σύστημα δύο οξειδίων, τα οποία δεν υφίστανται παρεμπόδιση από το Ο2. Σε υψηλές συγκεντρώσεις παρατηρήθηκε ενισχυμένη καταλυτική συμπεριφορά που οφειλόταν στη θερμότητα που παραγόταν. Σημειώθηκε 98% μετατροπή του Ν2Ο σε Ν2. Ωστόσο, ο καταλύτης αυτός απαιτεί θερμοκρασίες πάνω από 550 C για την λειτουργία του. Οι Boissel et al. [71] κατέληξαν σε μια σειρά κατάταξης των καταλυτικών συστημάτων, Ir>Rh>Cu>Fe>Mn>Co Ni, η οποία αποδόθηκε στις διαφορετικές ιδιότητες των μετάλλων, όπως η ηλεκτρονιακή πυκνότητα του καταλύτη, η κινητικότητα του ροφημένου οξυγόνου και η ισχύς του δεσμού μετάλλου-οξυγόνου, τα οποία επηρεάζουν σημαντικά τα βήματα του μηχανισμού διάσπασης του N2Ο Η επίδραση του φορέα Ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν την ενεργότητα των καταλυτών είναι ο φορέας πάνω στον οποίο εναποτίθεται η ενεργή μεταλλική φάση. Όσο καλύτερη είναι η επαφή μεταξύ των μορίων του Ν2Ο και της επιφάνειας του καταλύτη τόσο ενισχύεται η καταλυτική δράση. Αυτό επιτυγχάνεται με τη διασπορά του μετάλλου πάνω σε ειδική πορώδη επιφάνεια, η οποία ονομάζεται φορέας. Η ιδιότητα του φορέα είναι να σταθεροποιεί το καταλυτικό υλικό, να αυξάνει την ειδική επιφάνεια του καταλύτη και να ενισχύει τον βαθμό διασποράς του καταλυτικού συστατικού. Ο ρόλος της διασποράς του καταλυτικού συστατικού αποδεικνύεται κυρίως σε καταλύτες ευγενών μετάλλων, όπου οι χαμηλές συγκεντρώσεις αυτών των ακριβών συστατικών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να παρέχουν πολύ δραστικούς καταλύτες. Οι καταλύτες που δείχνουν καλή δραστικότητα σε χαμηλή θερμοκρασία συνήθως είναι ασταθείς σε υψηλές θερμοκρασίες ή τουλάχιστον δε διατηρούν την δραστικότητα που είχαν στις χαμηλότερες θερμοκρασίες. Επιπλέον, το επίπεδο εγγενούς δραστικότητας του καταλύτη και οι υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας των μετατροπέων οδηγούν σε σοβαρούς περιορισμούς στη διάχυση, γεγονός που επιβάλλει την ύπαρξη ενός υποστρώματος με μεγάλη διάμετρο πόρων ή την εναπόθεση του καταλυτικού συστατικού κατά τέτοιο τρόπο που να παρέχει μια σχετικά σύντομη διαδρομή διάχυσης. Η καταλληλότητα του εκάστοτε φορέα εξαρτάται από το είδος του μεταλλικού καταλύτη που χρησιμοποιείται. Ευγενή μέταλλα όπως Pt, Pd και Rh, υποστηριγμένα πάνω σε διάφορους φορείς (Al2Ο3, LaCoO3, ZrO2, ZSM-5) έχουν αποδειχτεί πολύ αποτελεσματικά και 26

28 έχουν χρησιμοποιηθεί εκτεταμένα για τη καταλυτική διάσπαση του N2Ο [72]. Μια έρευνα που πραγματοποιήθηκε από την P. Panagiotopoulou et al. [73], αποκάλυψε ότι η καταλυτική συμπεριφορά τόσο του Pt όσο και του Ru επηρεάζεται σημαντικά από τη φύση του φορέα στον οποίο διασπείρονται, καθώς ο φορέας επηρεάζει την ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης διάσπασης του Ν2Ο. Συγκεκριμένα, η καταλυτική ενεργότητα ενισχύεται όταν τα μέταλλα διασπείρονται σε οξείδια που είτε είναι αναγώγιμα είτε χαρακτηρίζονται από ευκινησία των ατόμων οξυγόνου στο πλέγμα τους (TiO2, CeO2, La2Ο3, YSZ, MnO), σε σχέση με την περίπτωση που διασπείρονται σε μη αναγώγιμους ή αδρανείς φορείς (Al2Ο3, MgO, SiO2). Βέλτιστη συμπεριφορά παρουσιάζει ο καταλύτης Pt/TiO2, ο οποίος παρουσιάζει ικανοποιητική ενεργότητα σε θερμοκρασίες πρακτικού ενδιαφέροντος (<250ºC) [74]. Όπως έχει διαπιστωθεί από διάφορες μελέτες [75-84], οι ζεόλιθοι παρουσιάζουν υψηλή απόδοση στην αντίδραση διάσπασης του N2Ο, ακόμη και σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από 600 C. Οι ζεόλιθοι προωθούν τις καταλυτικές αντιδράσεις χρησιμοποιώντας τα όξινα κέντρα (acidic sites) που βρίσκονται στο πλέγμα τους. Η παρατηρούμενη οξύτητα των ζεόλιθων οφείλεται στους διαφορετικούς αριθμούς οξείδωσης των βασικών συστατικών του, αλουμίνιο και πυρίτιο, που βρίσκονται στο πλέγμα. Το πυρίτιο εμφανίζει συνήθως αριθμό οξείδωσης 4 + και το αλουμίνιο αντίστοιχα 3 + με αποτέλεσμα από τον συνδυασμό των δύο αυτών μορίων να προκύπτουν ανιοντικά πλέγματα. Η δομή αυτή δημιουργεί ένα ηλεκτρικό δυναμικό και τα γειτονικά κατιόντα έχουν πλέον την τάση να εισέλθουν στο πλέγμα, ώστε να διατηρηθεί η αρχή της ηλεκτρικής ουδετερότητας. Τόσο η οξύτητα όσο και η καταλυτική ενεργότητα των ζεόλιθων μπορεί να ενισχυθεί μέσω της ισόμορφης υποκατάστασης των αργιλίων και των πυριτίων των τετραέδρων τους από άλλα μέταλλα όπως B, Ga, Fe, Cr, Ge καθώς και μέσω της εισαγωγής συγκεκριμένων κατιόντων (με ιοντοανταλλαγή) ή στοιχείων όπως είναι το S, Te και το Se ή και μετάλλων όπως είναι το Pt στο εσωτερικό της δομής τους [85]. Τέλος όσον αφορά τους περοβσκίτες, έχει διαπιστωθεί ότι χαρακτηρίζονται από σταθερή δομή και θερμική σταθερότητα η οποία οφείλεται στις υψηλές θερμοκρασίες που εφαρμόζονται κατά την παρασκευή τους. Αυτό έχει ως συνέπεια τα συγκεκριμένα υλικά να έχουν μικρή ειδική επιφάνεια και να χρησιμοποιούνται ως ενώσεις μοντέλα για την μελέτη της σχέσης της χημείας της στερεάς κατάστασης με την καταλυτική ενεργότητα, συμπεριλαμβανομένης και της αντίδρασης διάσπασης του Ν2Ο. Οι J.P. Dacquin et al. [86], μελέτησαν την καταλυτική διάσπαση του N2Ο σε καταλύτες ευγενών μετάλλων (Pd) και υποστήριξαν ότι το Pd και ο περοβσκίτης έχουν μια συνεργιστική επίδραση στη συνολική δραστικότητα της διάσπασης του N2Ο λόγω της δημιουργίας νέων δραστικών θέσεων στην επιφάνεια μετάλλου και υποστρώματος. 27

29 2.2.6 Επίδραση των ηλεκτροθετικών προωθητών Βάσει των προαναφερθέντων μελετών πάνω στη διάσπαση του N2Ο σε καταλύτες οξειδίων μετάλλων, μπορεί κανείς να παραδεχτεί με βεβαιότητα ότι ο μηχανισμός den2ο περιλαμβάνει δύο κύριες πορείες : (i) την προσρόφηση και διάσπαση του Ν2Ο πάνω στις ενεργές θέσεις του μετάλλου και (ii) την εκρόφηση των προσροφημένων στοιχείων οξυγόνου για την αναγέννηση των ενεργών θέσεων. Στον προτεινόμενο αυτό μηχανισμό, τόσο οι οξειδοαναγωγικές ιδιότητες της επιφάνειας όσο και η κατάσταση οξείδωσης των ενεργών θέσεων αναμένονται να επηρεάζουν σημαντικά την den2ο διαδικασία. Ιδιαίτερη έμφαση έχει δοθεί στην τροποποίηση της χημείας της επιφάνειας των MOs με τη χρήση προωθητών. Πιο συγκεκριμένα, η βελτίωση της den2ο απόδοσης των μικτών οξειδίων μπορεί να επιτευχθεί με ένα δομικό ενισχυτή (π.χ. alien cation) ή/και με την τροποποίηση των ιδιοτήτων της επιφάνειας με έναν ηλεκτροθετικό προωθητή (electropositive promoter), όπως αλκάλια ή αλκαλικές γαίες. Σε γενικές γραμμές, οι ενισχυτές παίζουν ρόλο κλειδί στην ετερογενή κατάλυση λόγω της μοναδικής τους ικανότητας να τροποποιούν τις φυσικοχημικές ιδιότητες των καταλυτών [87]. Οι προωθητές μπορούν να διαχωριστούν σε δύο υποκατηγορίες: δομικοί ενισχυτές και επιφανειακοί ή ηλεκτρονιακοί. Οι δομικοί ενισχυτές είναι κυρίως υπεύθυνοι για την σταθεροποίηση της ενεργούς φάσης: αυτό, ωστόσο, δεν αποκλείει την επίδραση που έχουν στις χημικές ιδιότητες μέσω των αλληλεπιδράσεων μετάλλου-φορέα. Από την άλλη πλευρά, οι ηλεκτρονιακοί ενισχυτές μπορούν να τροποποιήσουν απευθείας την χημεία της επιφάνειας του καταλύτη μέσω άμεσων ή έμμεσων αλληλεπιδράσεων. Στην πρώτη περίπτωση εκδηλώνονται απευθείας ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των αντιδρώντων και του τοπικού ηλεκτρικού πεδίου του ενισχυτή. Η περίπτωση των ηλεκτροθετικών ενισχυτών αναφέρεται στην τροποποίηση που επιφέρει ο ενισχυτής στο επίπεδο Fermi του μετάλλου (metal Fermi level), το οποίο έπειτα αντανακλάται στην ισχύ των χημειορροφητικών δεσμών στα αντιδρώντα [87]. Ο ρόλος των ενισχυτών στην ετερογενή κατάλυση είναι το αντικείμενο αρκετών περιεκτικών μελετών [87-98]. Επιπλέον, τα αλκάλια λόγω του χαμηλού δυναμικού ιονισμού μπορούν να μειώσουν το έργο εξόδου του καταλύτη, το οποίο με τη σειρά του ενεργοποιεί την προσρόφηση/διάσπαση του Ν2Ο μέσω της πρόσληψης ηλεκτρονίων από την επιφάνεια του καταλύτη προς τα μόριο Ν2Ο [88]. Επιπλέον, βρέθηκε μέσω πειραμάτων παλμών (pulse experiments) με ισότοπα 15 N2 18 O, ότι η προσθήκη αλκαλίου διευκολύνει τον επιφανειακό* ανασυνδυασμό του οξυγόνου προς την 28

30 εκρόφηση δι-οξυγόνου [88]. Συνεπώς, η ενίσχυση αλκαλίου μπορεί να αποδοθεί στην διευκόλυνση της εκρόφηση του οξυγόνου από την επιφάνεια του καταλύτη [88-92]. Σημαντικό είναι ότι η ενίσχυση με αλκάλια, όσον αφορά την den2ο απόδοση, είναι στενά συνδεδεμένη με την πρόδρομη ένωση, που χρησιμοποιείται κατά τη διαδικασία σύνθεσης (π.χ. K2CO3, KNO3, CH3COOK, KOH) [89-93]. Η βέλτιστη den2ο απόδοση παρατηρήθηκε αναμειγνύοντας Co3O4 με πρόδρομα ανθρακικά άλατα αλκαλίων, τα οποία επιφέρουν την υψηλότερη μείωση του έργου εξόδου. Σχήμα 2.2: Επίδραση των αλκαλικών μετάλλων (Li, Na, K, Rb, Cs) στην den 2Ο επίδοση Η επίδραση του ηλεκτροθετικού ενισχυτή (Li, Na, K, Rb, Cs) στην den2ο απόδοση των χημικών ενώσεων Co-Mn-Al που φέρουν δομή υδροταλκίτη (hydrotalcite-like) μελετήθηκε συστηματικά από τους Obalova et al. [94,95,97]. Όπως και στην περίπτωση της αλκαλικής ενίσχυσης του καταλύτη Cο3Ο4 με τη μορφή σπινελίου [90,91,93,98,99] παρατηρήθηκε η ακόλουθη αλληλουχία: Li < Na < K < Rb < Cs (Σχ. 2.2). Από πρακτικής άποψης, ελήφθησαν εξαιρετικά αποτελέσματα από δοκιμές προσομοίωσης σε απαέρια που προέρχονταν από την παραγωγή νιτρικού οξέος (0.1 % Ν2Ο % ΝΟ + 5% Ο2 + 3% Η2Ο) πάνω σε καταλύτες Co4MnAlOx ενισχυμένους με Cs [94]. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν ερμηνεύτηκαν από πλευράς τροποποιήσεων που προκλήθηκαν από τα αλκάλια τόσο στις ηλεκτρονιακές όσο και στις οξειδοαναγωγικές ιδιότητες των μικτών οξειδίων. Συγκεκριμένα, η αύξηση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας των Co 2+ και Mn 3+ λόγω της ενίσχυσης με αλκάλιο, διευκολύνει την πρόσληψη ηλεκτρονίων από το μόριο του N2Ο, αποσταθεροποιώντας το δεσμό Ν-Ο και οδηγώντας με αυτόν τον τρόπο σε σχάση. Η βέλτιστη επίδοση den2ο επιτεύχθηκε για επιφανειακή συγκέντρωση αλκαλίου που αντιστοιχεί στο χαμηλότερο έργο εξόδου, υποδηλώνοντας την ισχυρή επιρροή του ηλεκτρονιακού παράγοντα στην 29

31 den2o διαδικασία [97]. Επιπλέον, η προσθήκη αλκαλίου βελτιώνει την αγωγιμότητα του καταλύτη διευκολύνοντας έτσι την εκρόφηση του οξυγόνου από την επιφάνειά του [94-97]. Όσον αφορά την επίδραση διάφορων συστατικών (π.χ. Ο2, Η2Ο) στην den2ο ενεργότητα των τροποποιημένων οξειδίων των μετάλλων με αλκάλιο, έχει διαπιστωθεί σε γενικές γραμμές μια παρεμποδιστική δράση, η οποία ωστόσο είναι μικρότερου βαθμού συγκριτικά με τα μη ενισχυμένα οξείδια [94-96,98,100,101]. Αυτό αποτελεί μεγάλης πρακτικής σημασίας υποδεικνύοντας πως ο σωστός συνδυασμός μετάλλου και αλκαλίου μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη ενός καταλυτικού συστήματος υψηλής ενεργότητας και σταθερότητας σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες Το Οξείδιο του Δημητρίου (CeO2) Η δομή του οξειδίου του δημητρίου (CeO2) είναι η φλουοριτική (fluorite) κυβική δομή [102]. Η στοιχειώδης κυψελίδα του CeO2 περιέχει οχτώ κύβους και τα τέσσερα άτομα Ce που περιέχει σχηματίζουν ένα τετράεδρο γύρω από το κεντρικό Ο με κάθε άτομο Ce να βρίσκεται στο κέντρο ενός κύβου (σχ. 2.3). Η παραπάνω δομή, διατηρείται αναλλοίωτη έως και θερμοκρασία 900Κ υπό αναγωγικές ακόμη συνθήκες. Σχήμα 2.3: Δομή CeO 2 Το CeO2 χρησιμοποιείται για τη σταθεροποίηση των καταλυτικών ιδιοτήτων των εμπορικών καταλυτικών μετατροπέων (τριοδικοί καταλύτες TWCs), οι οποίοι αποτελούνται από ευγενές μέταλλο (συνήθως Pt, Pd ή Rh) υποστηριγμένο σε φορέα γ-αλουμίνα (γ-al2o3). Η ευεργετική του δράση αποδίδεται τόσο στην αλληλεπίδραση του με τα ενεργά κέντρα του μετάλλου όσο και στην σταθερότητα του φορέα. Μάλιστα, τα μικτά οξείδια μετάλλων υποστηριγμένα σε φορέα CeO2 επηρεάζουν την κινητικότητα του οξυγόνου στην επιφάνεια τους. Αυτό οφείλεται στην δυνατότητα του CeO2 να μεταβαίνει εύκολα από την ανηγμένη στην οξειδωμένη κατάσταση σαν αποτέλεσμα της αλλαγής της συγκέντρωσης του οξυγόνου στην αέρια φάση σύμφωνα με την αντίδραση: 30

32 CeO2 CeO2-χ + 0.5xO2 (2.6) Αυτό επιτρέπει στο CeO2 να δρα ως ρυθμιστής του οξυγόνου, προσφέροντας οξυγόνο σε πλούσιες συνθήκες (rich conditions) και απομακρύνοντας οξυγόνο σε φτωχές συνθήκες (lean conditions) [103]. Ακόμη, βοηθάει το μέταλλο να παραμένει διασκορπισμένο στην επιφάνεια του καταλύτη, ενώ συμβάλλει και στη διατήρηση της κατανομής του μεγέθους των πόρων του καταλύτη Οι ιδιότητες του οξειδίου του δημητρίου Μια σημαντική ιδιότητα του οξειδίου του δημητρίου είναι η ικανότητα αποθήκευσης οξυγόνου (Oxygen Storage Capacity/OSC). Στο CeO2, η ευκολία με την οποία γίνονται οι οξειδοαναγωγικοί κύκλοι Ce 4+ /Ce 3+ συχνά οδηγούν σε αυξημένη χωρητικότητα αποθήκευσης οξυγόνου (oxygen storage capacity, (OSC) [104] με αποτέλεσμα να έχει τη δυνατότητα να ελευθερώνει και να αποθηκεύει οξυγόνο [105] υπό αναγωγικές και οξειδωτικές συνθήκες αντίστοιχα. H προσθήκη ευγενούς μετάλλου αυξάνει αρκετά το OSC της δημητρίας και του CeΟ2/Al2Ο3, κάτι που οφείλεται στην αλληλεπίδραση με συνέργεια ανάμεσα στο μέταλλο και στη δημητρία: το ευγενές μέταλλο προωθεί την οξειδοαναγωγή της δημητρίας, ενώ η δημητρία σταθεροποιεί τη διασπορά του μετάλλου [106,107]. Η παρουσία προωθητών (ειδικά του χαλκού) δημιουργεί συνέργεια με το μέταλλο και με τη δημητρία, βελτιώνοντας την οξειδοαναγωγική συμπεριφορά και επιτρέποντας χαμηλότερη θερμοκρασία για τις διεργασίες αναγωγής/οξείδωσης της επιφάνειας [106]. Τα τελευταία χρόνια, οι βασισμένοι σε δημητρία καταλύτες έχουν συγκεντρώσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον στον τομέα της ετερογενούς κατάλυσης, λόγω των εξαιρετικών φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους. Η υψηλή χωρητικότητα αποθήκευσης-απελευθέρωσης οξυγόνου της δημητρίας μέσω των οξειδοαναγωγικών κύκλων Ce 4+ / Ce 3+ είναι ένα από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του CeO2, που καθιστά το υλικό αυτό εντυπωσιακά αποτελεσματικό σε αρκετές καταλυτικές διαδικασίες. Οι καταλυτικές ιδιότητες της δημητρίας και των υλικών με δημητρία έχουν αναφερθεί από τους Trovarelli et al. σε αρκετές εμπεριστατωμένες μελέτες [70, ]. Επιπλέον, οι αλληλεπιδράσεις των μετάλλων μετάπτωσης-δημητρίας παρέχουν μια συνεργιστική επίδραση, που έχει ως αποτέλεσμα μια ενισχυμένη επιφάνεια και οξειδοαναγωγικές ιδιότητες και μια καλύτερη καταλυτική απόδοση [112]. Συνεπώς, αρκετοί καταλύτες βασισμένοι σε CeO2 και μέταλλαμετάπτωσης (M/ CeO2, M = Co, Cu, Fe, Zr, Ni ) έχουν εφαρμοσθεί εκτενώς για την καταλυτική διάσπαση N2O [ ]. 31

33 2.2.9 Στοιχεία μετάπτωσης Στοιχεία μετάπτωσης ονομάζονται τα χημικά στοιχεία τα οποία βρίσκονται μεταξύ των Ομάδων ΙΙ και ΙΙΙ και ανήκουν στον d τομέα του Περιοδικού πίνακα όπως φαίνεται στο σχήμα 2.1. Πρόκειται για 24 μεταλλικά χημικά στοιχεία. Έχουν αυτήν την ονομασία γιατί τα άτομα των στοιχείων αυτών διαθέτουν ηλεκτρόνια σθένους σε περισσότερες από μία ενεργειακές στιβάδες (στάθμες). Ο όρος "μετάπτωση" στη χημεία προήλθε από την ανάγκη για διάκριση αυτής της ομάδας τα στοιχεία της οποίας παρουσιάζουν ιδιαίτερες ομοιότητες στις ηλεκτρονικές δομές των ατόμων τους. Τα στοιχεία μετάπτωσης καλύπτουν τις μεσαίες ομάδες του περιοδικού πίνακα, (Ib, IIIb, IVb, Vb, VIb, VIIb, και VIII). Τα στοιχεία των ομάδων που αναφέραμε διακρίνονται στους εξής επιμέρους βασικούς τύπους: "Ομάδα d", όπου τα άτομα των στοιχείων διαθέτουν ηλεκτρόνια σθένους (n-1) στη d ενεργειακή στάθμη, (n = κβαντικός αριθμός του ατόμου). "Ομάδα f", της οποίας τα άτομα των στοιχείων διαθέτουν ηλεκτρόνια σθένους (n-2) στην f ενεργειακή στάθμη. Τα χημικά στοιχεία της ομάδας f ταξινομήθηκαν σε τρεις χημικες ομάδες, το όνομα των οποίων προέρχεται από το πρώτο στοιχείο της έκαστης σειράς και που πρόκειται για τις λανθανίδες (εκ του λανθανίου), τις ακτινίδες (εκ του ακτινίου) καθώς και τα τεχνητά υπερουράνια στοιχεία οι οποίες και εξετάζονται χωριστά. Με βάση τα παραπάνω στοιχεία μετάπτωσης είναι τα χημικά στοιχεία που εμφανίζουν ενδιάμεσες ιδιότητες ανάμεσα στα μέταλλα της Ομάδας ΙΙ και ΙΙΙ. δηλαδή της "Ομάδας d". Ο σίδηρος, ο ψευδάργυρος, το νικέλιο, το χρώμιο, ο χαλκός, ο άργυρος, ο χρυσός, ο λευκόχρυσος και ο υδράργυρος είναι δραστικά και μη δραστικά μέταλλα που περιλαμβάνοντα στην κατηγορία που αναφέραμε. Κατά την ηλεκτρονιακή δόμηση των στοιχείων μετάπτωσης, το τελευταίο ηλεκτρόνιο εισέρχεται σε εσωτερική στιβάδα, ενώ η εξωτερική στιβάδα σε όλα σχεδόν τα στοιχεία αυτά παραμένει με 2 ηλεκτρόνια. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τα στοιχεία μετάπτωσης να έχουν πολλές κοινές ιδιότητες οι οποίες συνοψίζονται παρακάτω: έχουν μεταλλικό χαρακτήρα έχουν πολλούς αριθμούς οξείδωσης είναι παραμαγνητικά (έλκονται από το μαγνητικό πεδίο διότι διαθέτουν μονήρη 32

34 ηλεκτρόνια) σχηματίζουν σύμπλοκα ιόντα σχηματίζουν έγχρωμες ενώσεις έχουν την ικανότητα να καταλύουν αντιδράσεις Τα 24 Στοιχεία Μετάπτωσης διακρίνονται - κατατάσσονται ανά οκτώ στις τρεις ακόλουθες κύριες σειρές: 1η Κύρια σειρά. Σ αυτήν ανήκουν τα χημικά στοιχεία: Τιτάνιο, Βανάδιο, Χρώμιο, Μαγγάνιο, Σίδηρος, Κοβάλτιο, Νικέλιο και Χαλκός. 2η Κύρια σειρά. Σ αυτήν ανήκουν τα: Ζιρκόνιο, Νιόβιο, Μολυβδένιο, Τεχνήτιο, Ρουθήνιο, Ρόδιο, Παλλάδιο και Άργυρος. 3η Κύρια σειρά. Σ αυτήν ανήκουν τα χημικά στοιχεία: Άφνιο, Ταντάλιο, Βολφράμιο, Ρήνιο, Όσμιο, Ιρίδιο, Λευκόχρυσος και Χρυσός.[14] Σχήμα 2.4: Απεικόνιση της θέσης των στοιχείων μετάπτωσης στον περιοδικό πίνακα Σημείωση: Τα στοιχεία που κυρίως χρησιμοποιήθηκαν στο πείραμα ήταν τα Cu, Co, Ce Σχήμα 2.5: Ρινίσματα χαλκού, κοβαλτίου και δημητρίου αντίστοιχα 33

35 CuO - Δομή των οξειδίων του χαλκού Ο τενορίτης (tenorite) CuO έχει δομή με τετραγωνική συμμετρία (Σχήμα 2.6). O κυπρίτης (cuprite) Cu2Ο είναι η μοναδική κρυσταλλική φάση από τα οξείδια του χαλκού, ο οποίος έχει δομή απλή κυβική χωροκεντρωμένη (bcc) με σύνταξη 2:4. Σχήμα 2.6: Κρυσταλλική δομή του (α) μονοκλινικού CuO και (β) κυβικού Cu 2Ο Τα άτομα οξυγόνου βρίσκονται στις γωνίες και στο κέντρο της μοναδιαίας κυψελίδας, ενώ τα ιόντα χαλκού καταλαμβάνουν τα κέντρα των τεσσάρων από τους οκτώ κύβους, στους οποίους μπορεί να διαιρεθεί η κυψελίδα. Κάθε οξυγόνο βρίσκεται στο κέντρο ενός κανονικού τετραέδρου με τέσσερα ιόντα χαλκού στις γωνίες (σύνταξη 4), αλλά κάθε ιόν χαλκού έχει συμμετρικά δύο ιόντα οξυγόνου σε μία ευθεία γραμμή (σύνταξη 2). Αυτή η δομή είναι μοναδική ανάμεσα στις ανόργανες ενώσεις, αφού έχει δύο παρόμοια πλαίσια το ένα μέσα στο άλλο, χωρίς όμως να συνδέονται μεταξύ τους. Όσον αφορά τις καταλυτικές ιδιότητες του CuO, ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει αποκτήσει η χρήση βασικών μετάλλων (base metals) στην περιβαλλοντική κατάλυση για αντικατάσταση των ακριβών ευγενών μετάλλων. Ειδικά ο χαλκός έχει μελετηθεί ως πιθανός αντικαταστάτης του Pd και του Pt, για την αναγωγή των ΝΟx [120] Το οξείδιο του κοβαλτίου Το οξείδιο του κοβαλτίου έχει κυβική δομή με οκτώ έδρες (Σχήμα 2.7). Η κάθε έδρα περιέχει τέσσερα άτομα οξυγόνου και πέντε άτομα κοβαλτίου. Τα άτομα του κοβαλτίου βρίσκονται 34

36 στις γωνίες κάθε έδρας και ένα στο κέντρο της. Τα άτομα του οξυγόνου βρίσκονται στο μέσο κάθε πλευράς κάθε έδρας και ένα στο κέντρο του κύβου. Σχήμα 2.7: Κρυσταλλική δομή οξειδίου του κοβαλτίου Το οξείδιο του δημητρίου, ή αλλιώς δημητρία (CeO2), ένα απαραίτητο συστατικό των καταλυτικών μετατροπέων, έχει αποκτήσει μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον λόγω των εφαρμογών της σε περιβαλλοντικές και ενεργειακές διεργασίες. Ο λόγος που η δημητρία βρίσκει ευρεία εφαρμογή σε διάφορους τομείς οφείλεται κυρίως στις οξειδοαναγωγικές ιδιότητες της και συγκεκριμένα στην ικανότητα της να αποθηκεύει άτομα Ο στο κρυσταλλικό της πλέγμα και να τα αποδεσμεύει υπό συγκεκριμένες συνθήκες αντίδρασης (OSC). Διάφορες βιβλιογραφικές μελέτες αναφέρονται στην παρασκευή καταλυτών δημητρίας με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά, όπως μέγεθος νανοσωματιδίων, μεγάλη ειδική επιφάνεια και κρυσταλλική επιφάνεια ικανή να αντιδράσει. Σε αντίθεση μάλιστα με την αλουμίνα (Al2O3), που είναι επίσης ένας πολύ διαδομένος και αποτελεσματικός φορέας στους υποστηριγμένους καταλύτες μετάλλων, η CeO2 διατηρεί την ικανότητα της να αποθηκεύει/απελευθερώνει Ο2 (OSC) ακόμη και όταν η διαδικασία εκτελείται σε υψηλή θερμοκρασία, χωρίς να οδηγεί σε απενεργοποίηση της καταλυτικής ενεργότητας. Η χωρητικότητα της δημητρίας σε οξυγόνο μπορεί να ενισχυθεί με την προσθήκη ενεργής μεταλλικής φάσης στους νανοκρυστάλλους δημητρίας. Έχει αποδειχθεί ότι η εν μέρει αντικατάσταση του πλέγματος της δημητρίας με μέταλλα μετάπτωσης ή λανθανίδες διευκολύνει την κινητικότητα των ειδών οξυγόνου στην επιφάνεια του καταλύτη, ενισχύοντας την θερμική σταθερότητα και κατ επέκταση τον οξειδοαναγωγικό κύκλο που πραγματοποιείται στην επιφάνεια του καταλυτικού συστήματος. Το κοβάλτιο σαν μέταλλο μετάπτωσης εμφανίζει πολλές οξειδωτικές καταστάσεις με αποτέλεσμα τα τελευταία χρόνια να έχει δοθεί μεγάλη έμφαση στην σύνθεση καταλυτών κοβαλτίου 35

37 για διάφορες εφαρμογές, όπως η οξείδωση του CO, η υδρογόνωση της μεθανόλης, η αντίδραση αυτοαναμόρφωσης του νερού. Η καταλυτική ενεργότητα των καταλυτών Co3O4 επηρεάζεται από πολλές παραμέτρους, όπως η μέθοδος παρασκευής, η θερμοκρασία πύρωσης, η μορφολογία του καταλύτη (εκτεθειμένα επίπεδα) και η παρουσία μίγματος ή άλλων ρύπων στις καταλυτικές επιφάνειες. Αν και οι καταλύτες οξειδίων του κοβαλτίου δεν είναι αρκετά διαδεδομένοι στην περιβαλλοντική κατάλυση, πρόσφατα έχουν προσελκύσει αρκετά το ερευνητικό ενδιαφέρον τα μεικτά οξείδια κοβαλτίου-δημητρίας. Η παρουσία του κοβαλτίου είναι ικανή να βελτιώσει τις ιδιότητες της δημητρίας ενισχύοντας σημαντικά την ενεργότητα τους στην αντίδραση διάσπασης του Ν2Ο. Η καλύτερη απόδοση των νανοδομημένων καταλυτών κοβαλτίου οφείλεται στην ηλεκτρονιακού τύπου συνεργιστική αλληλεπίδραση μεταξύ των ειδών κοβαλτίου και δημητρίας [147], στη βελτίωση των οξεοδοαναγωγικών ιδιότητων των υλικών [148] καθώς και στη δημιουργία ατελειών και κενών θέσεων οξυγόνου στο πλέγμα της δημητρίας ή/και στη διεπιφάνεια CoOx-CeO2. Ωστόσο, απαιτείται περισσότερη έρευνα στο πεδίο αυτό προκειμένου να ξεκαθαριστούν πλήρως οι παράγοντες που καθορίζουν την αλληλεπίδραση μεταξύ κοβαλτίου και δημητρίας και συνάμα ο τρόπος με τον οποίον επηρεάζουν την ενεργότητα τους στην αντίδραση διάσπασης του Ν2Ο [146]. Το Ν2Ο προέρχεται κυρίως από την απονιτροποίηση βακτηρίων που αποσυνθέτουν το άζωτο που περιέχεται στα απόβλητα, αλλά μπορεί επίσης να παραχθεί από τη διάσπαση του λιπάσματος, καύση υγρών καυσίμων και από την παραγωγή αδιπικού και νιτρικού οξέως. Η καταλυτική αποσύνθεση του Ν2Ο (Ν2Ο = Ν2 + 1/2Ο2) είναι μια σημαντική αντίδραση στην περιβαλλοντική κατάλυση επειδή το Ν2Ο είναι αέριο του θερμοκηπίου με αποτέλεσμα να καταστρέφει το στρώμα του όζοντος. Πολλοί καταλύτες, συμπεριλαμβανομένου καταλύτες που παρασκευάστηκαν με εμποτισμό σιδήρου (Fe) υποστηριγμένα σε ζεόλιθους και σε οξείδια μετάλλων έχουν δοκιμαστεί σε αυτήν την αντίδραση. Ο Co3O4 είναι ένας από τους πιο ενεργούς καταλύτες οξειδίων μετάλλων για τη διάσπαση του N2O. Σε μια πρόσφατη έρευνα ανακαλύφθηκε ότι το μεσοπορώδες Co3O4 ήταν πιο ενεργό από τα άλλα μεσοπορώδοι οξείδια των μετάλλων (CeO2, Cr2O3, CuO, Fe2O3, MnO2, Mn2O3,Mn3O4, NiO) στη διάσπαση του N2O, και ήταν επίσης πιο ενεργό από το αντίστοιχο εμπορικό. Η καταλυτική ενεργότητα του μεσοπορώδους Co3O4 βρέθηκε να εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τους παραμέτρους σύνθεσης (υδροθερμική θερμοκρασία, θερμοκρασία πύρωσης) του σκληρού προτύπου (KIT-6) που χρησιμοποιήθηκε για να προετοιμάσουμε το μεσοπορώδες Co3O4. Επειδή το Co3O4 θεωρήθηκε πρώτο στη διάσπαση του Ν2Ο, οι καταλύτες Co3O4/ KIT-6 ετοιμάστηκαν έτσι ώστε τα νανοσωματίδια Co3O4 να είναι 36

38 υποστηριγμένα στον μεσοπορώδες SiO2 (KIT-6) και δοκιμάστηκαν στην διάσπαση του Ν2Ο. Η μετατροπή του Ν2Ο αποδείχθηκε να αυξάνει με την περιεκτικότητα σε Co3O4 [149]. Η διάσπαση του Ν2Ο σε κοβάλτιο (σπινέλιο) είναι μια κλασική αντίδραση οξείδοαναγωγής που περιλαμβάνει την ενεργοποίηση των μορίων Ν2Ο εξαιτίας της μεταφοράς ηλεκτρονίων από το μέταλλο στο μόριο Ν2Ο, τη διάχυση του οξυγόνου και τελικά τον ανασυνδυασμό και την μοριακή εκρόφηση του Ο2. Η παραπάνω διαδικασία περιγράφεται από τις παρακάτω αντιδράσεις : Ν2Ο + e - N2 + O - (2.7) 2O - O2 + 2e - (2.8) Εναλλακτικά το O2 παράγεται με έναν τρόπο χωρίς να διαχέεται μέσω του μηχανισμού Eley-Ridel: Ο - + Ν2Ο Ο2 + Ν2 (2.9) Η προετοιμασία του τελικού καταλύτη εμποτισμένο με Co3O4 που έχει σαν ενεργή φάση οξείδιο bulk δεν μπορεί να εφαρμοστεί λόγω της υψηλής τιμής του κοβαλτίου. Όμως, για πρακτικές εφαρμογές αυτό το πρόβλημα μπορεί εύκολα να λυθεί με διασπορά του κοβαλτίου (σπινέλιο) σε μεγάλη ειδική επιφάνεια φορέα όπως η αλουμίνα, η σίλικα, η μαγνησία και η δημητρία. Ανάμεσα σε αυτές, η CeO2 έχοντας ιδιαίτερα χαρακτηριστικά (ικανότητα οξείδωσης και ικανότητα αποθήκευσης οξυγόνου), σε πολλές περιπτώσεις αποδείχθηκε να είναι η καλύτερη για τη διάσπαση του Ν2Ο σε καταλυτικές εφαρμογές. Αν και η δημητρία ήταν αρκετά συχνό να χρησιμοποιείται σαν φορέας των ευγενών μετάλλων για την διάσπαση του υποξειδίου του αζώτου, είναι ασυνήθιστο να χρησιμοποιείται ως φορέας οξειδοαναγωγής για οξείδια μετάλλων μετάπτωσης [125] Μικτά οξείδια CuO-CeO2 Υπάρχει πλήθος παραδειγμάτων όπου ένας ενεργός καταλύτης μπορεί να προέλθει από το συνδυασμό δύο υλικών με χαμηλή ή μηδενική καταλυτική ενεργότητα. H εμφάνιση διαφορών στις ροφητικές και καταλυτικές ιδιότητες ενός μετάλλου (ή οξειδίου του), όταν αυτό είναι διασπαρμένο σε διαφορετικούς φορείς ή στη μην υποστηριγμένη του μορφή (σκόνη, σύρμα ή φιλμ μετάλλου), μπορεί να αποδοθεί σε κάποιου είδους αλληλεπίδραση του φορέα με το οξείδιο (ή το μέταλλο). Το καταλυτικό σύστημα CuO-CeO2 αποτελεί ένα τέτοιο παράδειγμα. 37

39 Από τη στιγμή που το υψηλό κόστος των καταλυτών ευγενών μετάλλων είναι περιοριστικός παράγοντας στην εφαρμογή τους, η ανάπτυξη καταλυτών χωρίς ευγενές μέταλλο στη σύνθεσή τους, όπως είναι το σύστημα CuO-CeO2, παρουσιάζεται ιδιαίτερα ελκυστική. Οι Zabilskiy et al. [113] μελέτησαν την καταλυτική διάσπαση του Ν2Ο πάνω σε καταλύτες Cu υποστηριγμένους σε νανοσωματίδια CeO2, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στην επίδραση της φόρτισης σε χαλκό. Παρατηρήθηκε ότι η περιεκτικότητα του χαλκού επηρέασε σημαντικά τις φυσικοχημικές, οξειδοαναγωγικές και καταλυτικές ιδιότητες. Η βέλτιστη απόδοση διαπιστώθηκε για τον καταλύτη 10 wt % Cu/CeO2 (~25 mol % Cu), που προσφέρει το μέγιστο ποσό νανοσυσσωμάτων CuO. Σε φόρτιση μεγαλύτερη από 10 wt % η διασπορά του Cu ελαττώνεται, οδηγώντας στο σχηματισμό λιγότερο ενεργής και πλήρως διαχωρισμένης φάσης CuO. Σε μια παρόμοια έρευνα της ίδιας ομάδας, μελετήθηκε η καταλυτική διάσπαση του N2O σε μεσοπορώδη μικτά οξείδια CuO-CeO2 [114]. Στην περίπτωση αυτή, βέλτιστη ενεργότητα παρατηρήθηκε για τον καταλύτη που περιέχει 40 mol % Cu, ο οποίος επέδειξε την υψηλότερη αναγωγιμότητα και κινητικότητα του οξυγόνου [114]. Η συσχέτιση δομής-ενεργότητας σε σχέση με την den2ο απόδοση των καταλυτών Cu/CeO2, μπορεί να ερμηνευτεί βάσει των παρακάτω αντιδράσεων [113,114,117,118]: Cu + + N2O Cu + - ONN (2.10) Cu + - ONN Cu +2 - O - + N2 (2.11) Cu 2+ - O - + Cu 2+ - O - 2Cu + + O2 (2.12) Η διάσπαση του Ν2Ο περιλαμβάνει αρχικά την προσρόφηση του Ν2Ο στις ενεργές θέσεις του Cu + (αντίδραση 2.10), ακολουθούν η σχάση του δεσμού Ν-Ο και η εκρόφηση του N2 (αντίδραση 2.11). Τέλος, λαμβάνει χώρα ο ανασυνδυασμός των γειτονικών στοιχείων οξυγόνου προς την εκρόφηση οξυγόνου έχοντας ως αποτέλεσμα την αναγέννηση ενεργών θέσεων (αντίδραση 2.12). Η αναγέννηση των ενεργών θέσεων μέσω των «ευκίνητων» ειδών οξυγόνου που προήλθαν από το CeO2 έχει επίσης εξεταστεί [113]: Cu 2+ - O - + Ce 3+ Cu + + Ce 4+ - O - (2.13) 2Ce 4+ - O - 2Ce 3+ + O2 (2.14) Η υψηλή den2ο ενεργότητα των μονομερών στοιχείων Cu + σε σύγκριση με τα διμερή ζεύγη Cu 2+ - Cu 2+ έχει φανερωθεί βάσει φασματοσκοπικών μελετών (spectroscopic) και υπολογισμών DFT [117,118]. Τα διμερή στοιχεία χαλκού είναι υπεύθυνα για την σταθεροποίηση των ενδιάμεσων ατόμων οξυγόνου, τα οποία παρεμποδίζουν την αναγέννηση της ενεργούς φάσης, σε αντίθεση με τα μονομερή στοιχεία, στα οποία τα ενδιάμεσα οξυγόνα είναι λιγότερο σταθεροποιημένα [117]. 38

40 Ο σχηματισμός ενεργών θέσεων Cu + απαιτεί τον ανασυνδυασμό των στοιχείων οξυγόνου μέσω της αλληλεπίδρασης των δύο γειτονικών θέσεων Cu 2+ - O - (2.10). Ωστόσο, στην περίπτωση απομονωμένων θέσεων Cu 2+ - O -, το στάδιο του ανασυνδυασμού παρεμποδίζεται απόλυτα. Στην τελευταία περίπτωση, ο σχηματισμός ενεργών θέσεων Cu + μπορεί να γίνει μόνο μέσω «ευκίνητων» ειδών οξυγόνου που προέρχονται από τον φορέα CeO2 (2.11 έως 2.14). Υπό αυτό το πρίσμα, η βελτίωση της den2ο απόδοσης των οξειδίων Cu/CeO2 σε συγκεκριμένη περιεκτικότητα Cu είναι το αποτέλεσμα της βέλτιστης διασποράς του CuO και της συνεργιστικής αλληλεπίδρασης με τα γειτονικά στοιχεία Cu 2+ και/ή Ce 3+ [113,114,118]. Σε χαμηλή φόρτιση χαλκού, ο σχηματισμός των ατομικά διασπασμένων στοιχείων CuO παρεμποδίζει την αλληλεπίδραση μεταξύ τους, ενώ σε αρκετά υψηλές περιεκτικότητες ευνοείται ο σχηματισμός πλήρως διαχωρισμένης φάσης CuO. Και στις δύο περιπτώσεις, το στάδιο ανασυνδυασμού που περιγράφεται παραπάνω παρεμποδίζεται αισθητά. Η επίδραση των ΝΟ και H2Ο στην den2ο απόδοση των μικτών οξειδίων CeO2 αποτελεί ζήτημα ιδιαίτερης πρακτικής σημασίας, λαμβάνοντας υπόψη ότι οι ουσίες αυτές συνυπάρχουν με το Ν2Ο στα απαέρια των διαφόρων διεργασιών καύσης. Γενικώς, όπως και στην περίπτωση άλλων μικτών οξειδίων που περιγράφτηκαν προηγουμένως, η παρουσία ΝΟ ή νερού στην ροή τροφοδοσίας έχει επιζήμια επίδραση στην den2ο απόδοση [113,114]. Το ΝΟ συγκριτικά με το νερό επηρεάζει την καταλυτική απόδοση σε μικρό βαθμό, λόγω ανταγωνιστικής προσρόφησης στα ενεργά καταλυτικά κέντρα Cu +. Από την άλλη πλευρά, η παρεμποδιστική δράση του νερού είναι μεγαλύτερη εξαιτίας της φραγής των ενεργών θέσεων και/ή τον σχηματισμό νέων ανενεργών φάσεων, όπως CuO 3H2Ο. Παρόλα αυτά, η επίδραση του νερού είναι πλήρως αντιστρέψιμη, με αποτέλεσμα η καταλυτική ενεργότητα να επανέρχεται πλήρως στα αρχικά επίπεδα. Συνοψίζοντας, η den2o απόδοση των υποστηριγμένων μετάλλων-μετάπτωσης σε φορέα CeO2 επηρεάζεται σημαντικά από το είδος του μετάλλου (π.χ. Fe, Co, Cu) και το πλήθος των θέσεων Ce 3+ στην επιφάνεια του καταλύτη καθώς και από το μέγεθος της αλληλεπίδρασης μεταξύ τους. Οι παράγοντες αυτοί είναι κρίσιμοι για την καταλυτική διάσπαση του N2O, διότι συμβάλλουν στην διευκόλυνση εκρόφησης του οξυγόνου από την επιφάνεια του καταλύτη και στην αναγέννηση των ενεργών θέσεων (2.11 έως 2.14) [ ,121,122]. Ο συνδυασμός των μετάλλων μετάπτωσης (όπως Cu, Co, Ni, Fe) με το CeO2 βοηθάει στην εκρόφηση των στοιχείων του οξυγόνου, μεταβάλλοντας τις επιφανειακές και οξειδοαναγωγικές ιδιότητες των μικτών οξειδίων [116,121]. Η συνεργιστική δράση CeO2 και μετάλλων μετάπτωσης αποδεικνύεται με πιο μεγάλη ακρίβεια συγκρίνοντας τoυς βαθμούς διάσπαση του N2O των καθαρών και μικτών οξειδίων. Για παράδειγμα, ο βαθμός απόδοσης της διάσπασης N2O των μικτών οξειδίων Cu/CeO2 είναι ως και μια τάξη μεγέθους υψηλότερος από τον βαθμό απόδοσης που παρατηρείται στα καθαρά CeO2 και CuO [118]. Ωστόσο, αν και η θερμοκρασία για μετατροπή 50% (Τ50) των μικτών οξειδίων 39

41 Co3O4/CeO2 και Fe2O3/CeO2 είναι πολύ χαμηλότερη σε σύγκριση με αυτή των καθαρών οξειδίων, εξάγονται διαφορετικά συμπεράσματα αναφορικά με την ενεργότητα: η αύξηση του ρυθμού αντίδρασης ανά μονάδα επιφάνειας (nmol m -2 s -1 ) δεν είναι ιδιαίτερα ξεκάθαρη συγκριτικά με αυτή των καθαρών οξειδίων, υποδηλώνοντας ότι η αύξηση της ειδικής επιφάνειας κατά τον σχηματισμό μικτών οξειδίων είναι αυτή που κυρίως καθορίζει την den2o απόδοση [116,123] Επίδραση παρεμποδιστικών παραγόντων στην καταλυτική διάσπαση του Ν2Ο Ένα καταλυτικό σύστημα θα πρέπει να διαθέτει ορισμένα χαρακτηριστικά που θα το καθιστούν αποτελεσματικό, όπως: (α) υψηλή καταλυτική δραστικότητα, ώστε να επιτυγχάνονται υψηλά ποσοστά μετατροπής του ρύπου, (β) υψηλή εκλεκτικότητα, (γ) υψηλή θερμική σταθερότητα. Η συνύπαρξη όμως του Ν2Ο με την παρουσία και άλλων αερίων ( ΝΟ, CO, CO2, SO2, H2Ο, Ο2 ) στα απαέρια, μπορεί να επιδράσει στον ρυθμό καταστροφής του Ν2Ο αναστέλλοντας τον, είτε λόγω ανταγωνιστικής προσρόφησης τους στα ενεργά κέντρα του καταλύτη, είτε λόγω δηλητηρίασης του καταλύτη Η επίδραση του Ο2 Μείζον θέμα για την αποτελεσματικότητα ενός καταλυτικού συστήματος, είναι η αλληλεπίδραση του οξυγόνου Ο2 με την επιφάνεια του καταλύτη. Πολλές φορές το οξυγόνο φαίνεται να δρα παρεμποδιστικά στην διάσπαση του Ν2, ενώ υπάρχουν και καταλύτες που δεν επηρεάζονται από την παρουσία του. Επίσης η παρεμπόδιση του οξυγόνου σε ορισμένες περιπτώσεις πραγματοποιείται μέχρι κάποια επίπεδα συγκέντρωσής του, πέρα από τα οποία δεν παρατηρείται καμία μεταβολή στην αντίδραση. Πιο συγκεκριμένα, το Ο2 προκαλεί αναστολή της καταλυτικής δραστικότητας, καθώς διασπάται στην επιφάνεια του καταλύτη και ροφάται ισχυρά σε αυτόν. Έτσι εμποδίζει την διάσπαση του Ν2Ο. O2 + * O*2 2O* (2.15) 40

42 Σχήμα 2.8: Απεικόνιση της διάσπασης του Ν 2Ο, για δύο διαφορετικές τροφοδοσίες αερίων (α) Ν 2Ο (b) Ν 2Ο +Ο 2 Πιο συγκεκριμένα, η παρουσία του Ο2 στην αέρια φάση παρεμποδίζει την ενεργότητα του καταλύτη. Λόγω ισχυρής χημειορόφησης ειδών οξυγόνου, πανομοιότυπων με αυτών που παράγονται κατά την διάσπαση του Ν2Ο. Αυτό έχει ως συνέπεια την συγκέντρωση μονοατομικού οξυγόνου στα κέντρα του καταλύτη, παρεμποδίζοντας την διάσπαση του Ν2Ο (Σχήμα 2.8). Σχετικά με την επίδραση του οξυγόνου στην διάσπαση του Ν2Ο πάνω από καταλύτες οξειδίων μετάλλων οι Satsuma et al. [124], μελέτησαν διάφορα οξείδια μετάλλων. Στην έρευνα τους κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι υπάρχει σχέση ανάμεσα στην θερμότητα σχηματισμού οξειδίων και στον τρόπο που αντιδρούν με το οξυγόνο στη διάσπαση του Ν2Ο. Έτσι στα οξείδια με χαμηλή θερμότητα σχηματισμού -ΔH f < 450 kj/(mol-o), που σημαίνει και ότι είναι μικρότερη ισχύ του δεσμού Μ-Ο, έχουμε μικρότερες κινητικές σταθερές για την προσρόφηση του οξυγόνου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της κάλυψης των ενεργών κέντρων από το οξυγόνο και την μείωση των διαθέσιμων ενεργών κέντρων για την προσρόφηση του Ν2Ο. Στην περίπτωση τέτοιων οξειδίων η παρεμπόδιση είναι ισχυρή. Στην κατηγορία αυτήν ανήκουν τα οξείδια του Cu, Co, Ni, Fe, In, και Sn. Από την άλλη πλευρά σε οξείδια μετάλλων υψηλής θερμότητας σχηματισμού - ΔH f > 450 kj/(mol-o), όπως το TiO2, Al2O3, MgO, La2O3 και CaO, οι κινητικές σταθερές της προσρόφησης του οξυγόνου είναι μεγαλύτερες λόγω του ισχυρού δεσμού Μ-Ο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η επιφάνεια κάλυψης να είναι ανεξάρτητη από την παρουσία οξυγόνου και κατά συνέπεια η διάσπαση του Ν2Ο να μην μεταβάλλεται ή να ελαττώνεται ελαφρά. Αυτό που μπορεί να εξηγήσει αυτήν την περίεργη συμπεριφορά, κατά την οποία καταλύτες με υψηλή κάλυψη από οξυγόνο παρουσιάζουν ενδιάμεση ενεργότητα για τη διάσπασή του Ν2Ο, είναι η παρουσία διαφόρων τύπων ενεργών κέντρων, αυτών που δηλητηριάζονται ισχυρά από το οξυγόνο και αυτών που δεν επηρεάζονται. Πολυακόρεστες θέσεις είναι πολύ δραστικές αλλά δηλητηριάζονται πολύ γρήγορα από το οξυγόνο, ενώ κέντρα που είναι μέτρια ή φτωχά ακόρεστα είναι υπεύθυνα για τη συνεχή διάσπαση του Ν2O. Σε πολλούς καταλύτες είναι αναμενόμενη η παρουσία και των δύο 41

43 ειδών ενεργών κέντρων και έτσι υπάρχει η δυνατότητα της διάσπασης αν και κάποια ενεργά κέντρα δηλητηριάζονται. Στην κατηγορία καταλυτών που δεν επηρεάζονται από το οξυγόνο, εκτός από τα οξείδια που αναφέρθηκαν, ανήκουν και τα οξείδια των Sr, Ce, Zn, Hf [4]. Το γεγονός αυτό είναι πολύ σημαντικό για εφαρμογές στις οποίες η αυτοδιάσπαση γίνεται σε περιβάλλον οξυγόνου. Άλλα συστήματα ζεολίθων, όπως Pd, Rh και Ru σε ZSM-5, με υψηλή δραστικότητα για τη διάσπαση του Ν2Ο, εμφανίζουν μηδενική, ενδιάμεση και πολύ ισχυρή παρεμπόδιση από το O2 αντίστοιχα [126,79,80]. Αυτό μάλλον οφείλεται στο γεγονός ότι οι καταλύτες Rh και Ru περιέχουν συμπλέγματα οξειδίων και όχι απομονωμένα ιόντα, πράγμα που προέρχεται από τον τρόπο παρασκευής τους, που είναι η μέθοδος του ξηρού ή υγρού εμποτισμού. Το συμπέρασμα αυτό επιβεβαιώνεται από το γεγονός ότι οι καταλύτες Rh και Ru υποστηριγμένοι σε γ-al2o3, εμφανίζουν την ίδια συμπεριφορά όσον αφορά το O2 [45]. Ο ρυθμός της διάσπασης του Ν2Ο σε αυτές τις περιπτώσεις είναι ανάλογος της μερικής πίεσης, που υποδηλώνει ένα μοντέλο χημειοδιασπαστικής προσρόφησης. Το ίδιο παρατήρησαν και οι Kawi et al. [127], οι οποίοι μελέτησαν το καταλυτικό σύστημα Ru/MCM-41. Διαπίστωσαν μάλιστα ότι ο καταλύτης Ru/MCM-41 (5 wt.% Ru) παρασκευασμένος με Ru(ΟΗ)3 ήταν ο πιο δραστικός για την καταλυτική διάσπαση του Ν2Ο. Αντιθέτως, η παρουσία O2 μείωνε τη δραστικότητα του καταλύτη, λόγω της ανταγωνιστικής προσρόφησης μεταξύ αυτών των ειδών και του N2O για τις καταλυτικές θέσεις. Επομένως η επίδραση του O2 ποικίλει σημαντικά. Για την αντίδραση της διάσπασης του N2O πάνω σε Fe δεν υφίσταται παρεμπόδιση από το O2, πάνω σε Ni εμφανίζεται μια ασθενής παρεμπόδιση ενώ σε συστήματα Co η παρεμπόδιση από το O2 είναι πολύ ισχυρή. Επίσης, από τα δεδομένα όλων των παραπάνω αναφορών, προκύπτει ότι τον πρώτο λόγο για τη διάσπαση του N2O έχουν τα συστήματα του Co και του Cu λόγω της πολύ υψηλής δραστικότητας και ακολουθούν αυτά του Rh και του Ru. Πολύ δραστικοί καταλύτες προέρχονται από την επεξεργασία υδροταλκιτών, από ζεολίθους και πολύτιμα μέταλλα με υπόστρωμα αλουμίνα. Η δραστικότητα πάντως δεν είναι ο μοναδικός παράγοντας που καθορίζει την επιλογή του εκάστοτε καταλυτικού συστήματος Η επίδραση του Η2O Το Η2Ο συνήθως παρεμποδίζει την διάσπαση του Ν2Ο λόγω κυρίως της ανταγωνιστικής προσρόφησης με το Ν2Ο στα ίδια ενεργά κέντρα του καταλύτη. Αυτό υποστήριξαν και οι Cristoforou et al. [128] για το καταλυτικό σύστημα Ru/γ-Al2Ο3 και σε ανάλογα συμπεράσματα κατέληξαν και οι Komvokis et al. [129]. Η επίδραση του H2Ο είναι συνήθως αντιστρεπτή, εκτός βέβαια από τις περιπτώσεις στις οποίες προκαλείται μόνιμη αλλοίωση στη δομή του καταλυτικού 42

44 συστήματος. όπως στην περίπτωση του Cu-ZSM-5. Υπάρχουν όμως και περιπτώσεις εργασιών στις οποίες διαπιστώθηκε ότι το H2Ο δεν επηρεάζει τον καταλυτικό ρυθμό Η επίδραση του SO2 Το SO2 ασκεί τη μεγαλύτερη επίδραση στη δραστικότητα του καταλύτη καθώς προκαλεί δηλητηρίαση του και μόνιμη απενεργοποίηση του. Αυτό συμβαίνει διότι το SO2 ροφάται στα ενεργά κέντρα του καταλύτη με αποτέλεσμα να εμποδίζει την διάσπαση του Ν2Ο. Επίσης λόγω της οξείδωσης του σε SO3, σχηματίζονται θειικές ενώσεις στην επιφάνεια του καταλύτη. Οι Marnellos et al. [124] κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η μείωση της καταλυτικής ενεργότητας για την διάσπαση του N2O στον καταλύτη Ru/γ-Al2O3 οφειλόταν στη δημιουργία Al2(SO4)3 και ότι σε αντίθεση με το νερό η απενεργοποίηση του καταλύτη είναι μόνιμη. Ένας σημαντικός στόχος για την κατασκευή ενός καταλύτη είναι η ανθεκτικότητα του στο SO2. Η προσθήκη στοιχείων, που έχουν τάση να μη σχηματίζουν εύκολα θειικά άλατα (Ti, Zr), αυξάνουν την αντοχή του καταλύτη στη δηλητηρίαση από το SO2. Μόνο μερικοί καταλύτες, σύμφωνα με την υπάρχουσα βιβλιογραφία, έχουν καταγραφεί με καλή ανθεκτικότητα στο SO2, όπως είναι ο καταλύτης Co-ZSM-5 [130,131] καθώς και οξειδωτικά συστήματα στα οποία κυρίως δραστική φάση είναι το Rh2O3 [132,133] Η επίδραση του ΝΟ Το ΝΟ μπορεί να παρουσιάσει ανταγωνιστική προσρόφηση και απενεργοποίηση του καταλύτη μέσω του σχηματισμού νιτρικών το οποίο προκαλεί δηλητηρίαση στην επιφάνεια του καταλύτη. Στο σύστημα Cu/ZrO2, ευνοείται η παρεμπόδιση, ειδικά σε θερμοκρασίες κάτω από τους 770Κ. Στην περίπτωση αυτή λαμβάνει χώρα απενεργοποίηση του καταλύτη, που οφείλεται στο σχηματισμό CuNO3 στην επιφάνειά του. Από την άλλη πλευρά το ΝΟ μπορεί να αντιδράσει προς ΝΟ2 μέσω της αντίδρασης (2.16), που έχει αποδειχθεί να εμφανίζεται στον καταλύτη Co- ή Fe-ZSM-5. Στην τελευταία περίπτωση επιταχύνεται ο ρυθμός της απομάκρυνσης του Ν2Ο, αφού στο συγκεκριμένο καταλύτη η απομάκρυνση του επιφανειακού οξυγόνου είναι το βραδύ στάδιο. Για τον καταλύτη αυτόν έχει αναφερθεί μια ασθενής παρεμπόδιση, ενώ για τον καταλύτη Cu-ZSM-5 δεν υπάρχει καμία επίδραση στο ρυθμό της διάσπασης Ν2Ο. N2O + NO N2 + NO2[ ΔfH (298) = kj/mol] (2.16) 43

45 2.3.6 Επίδραση αναγωγικού μέσου Τα αναγωγικά μέσα ή απλά αναγωγικά είναι ουσίες (άτομα, μόρια, ιόντα) που μπορούν να προκαλέσουν την αναγωγή άλλων χημικών ουσιών. Ως αναγωγικά μπορούν να δράσουν ουσίες οι οποίες περιέχουν άτομα που μπορούν να οξειδωθούν, δηλαδή να αυξήσουν τον αριθμό οξείδωσής τους Η επίδραση του CΟ Το CO αποτελεί έναν αναγωγικό παράγοντα στην διάσπαση του Ν2Ο, αν δεν οδηγήσει στο σχηματισμό ανθρακικών αλάτων κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες. Γενικότερα ενισχύει τη διάσπαση του Ν2Ο, καθώς μπορεί εύκολα να απομακρύνει το οξυγόνο από την επιφάνεια του καταλύτη και υποβοηθάει τη διάσπαση του Ν2Ο (σχέση 2.17). Ν2Ο + CO N2 + CO2 (ΔrHo 298 = 365kJ/mol) (2.17) Οι Delay et al. [134] χρησιμοποιώντας ως αναγωγικό μέσο το CO για την αναγωγή του N2O, υποστήριξαν ότι στην περίπτωση του καταλύτη Fe/BEA σε μείγματα τροφοδοσίας με περίσσεια οξυγόνου, το CO υπερτερεί ως αναγωγικό μέσο έναντι των H2, CH4, C3Η6, n-c10h22 και της NH3, επιτυγχάνοντας την ποσοτική διάσπαση του N2O σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Η υψηλή αναγωγική ικανότητα του CO σε σχέση με τα άλλα αναγωγικά μέσα, αποδόθηκε στην ασθενή του ρόφηση στην καταλυτική επιφάνεια. Ο περιορισμός της ενεργότητας που διαπιστώθηκε σε χαμηλές θερμοκρασίες, οφειλόταν στην επανοξείδωση του Fe από το N2O. Επίσης για το ίδιο καταλυτικό σύστημα οι Nobukawa et al. [135], παρατήρησαν μείωση της καταλυτικής ενεργότητας λόγω της παρουσίας του O2. Και οι Komvokis et al. [136] χρησιμοποίησαν το CO ως αναγωγικό μέσο στη μελέτη τους για τη διάσπαση του Ν2Ο σε καταλύτη Ru/γ-Al2Ο3. Παρατήρησαν ότι η δραστικότητα της διάσπασης του Ν2Ο παρουσία του καταλύτη Ru/γ-Al2Ο3 ενισχύθηκε σημαντικά με την προσθήκη CO. Αυτό το φαινόμενο το απέδωσαν στη δυνατότητα του CO να απομακρύνει από την επιφάνεια του καταλύτη το Ο2 που παράγεται από τη διάσπαση του Ν2Ο. Με την προσθήκη O2 (2% v/v) μειώθηκε η μετατροπή του N2Ο, εξαιτίας της πλήρους οξείδωση του CO σε CO2. Έτσι οδηγήθηκαν στο συμπέρασμα ότι η συγκέντρωση του O2 στην τροφοδοσία αποτελεί ένα πολύ σημαντικό παράγοντα για τη διάσπαση του N2Ο και ιδιαίτερα στην περίπτωση παρουσίας αναγωγικού μέσου. Αυτό συμβαίνει επειδή η συγκέντρωση του O2 καθορίζει το ποσοστό του αναγωγικού μέσου που θα μείνει διαθέσιμο για τη διάσπαση του N2Ο. 44

46 2.3.8 Η επίδραση των υδρογονανθράκων Οι Cristoforou et al. [25], πραγματοποίησαν ελέγχους ενεργότητας για μια σειρά μετάλλων, Rh-, Ru-, Pd-, In-, Fe-, Cu-, Co-, εναποτεθειμένων σε φορέα γ-al2ο3 χρησιμοποιώντας C3Η6 ως αναγωγικό μέσο. Η σειρά κατάταξης από άποψη ενεργότητας αναφορικά με την αναγωγή του N2Ο ήταν η ακόλουθη: Rh Ru Fe Pd In Co. Επειδή η πλήρης οξείδωση του C3Η6 λάμβανε χώρα σε θερμοκρασίες σημαντικά χαμηλότερες σε σχέση με την πλήρη διάσπαση του N2Ο, οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο μηχανισμός αναγωγής του N2Ο είναι ουσιαστικά ένας μηχανισμός καταλυτικής διάσπασης. Μελετώντας ειδικότερα τους καταλύτες Rh και Ru παρατήρησαν ότι στην περίπτωση του Rh το N2Ο και το O2 δεν ανταγωνίζονταν μεταξύ τους κατά την διεργασία προσρόφησής τους στην καταλυτική επιφάνεια, σε αντίθεση με το Ru όπου τα φαινόμενα ανταγωνιστικής ρόφησης είναι έντονα. Επίσης όσον αφορά στην επίδραση του C3Η6 στην περίπτωση του Ru η ενεργότητα του συστήματος ως προς τη διάσπαση του N2Ο μειώθηκε ενώ ενισχύθηκε στην περίπτωση του Rh. Κατά συνέπεια η προσθήκη 5% O2 στο μίγμα τροφοδοσίας βελτίωσε την διάσπαση του N2Ο αφού εκτός της ενίσχυσης της οξείδωσης του C3Η6, συμβάλλει και στην διατήρηση της οξειδωτικής κατάστασης του Ru. Ο μηχανισμός διάσπασης του Ν2Ο με το C3Η6 είναι: 9N2O + C3H6 9N2 + 3CO2 + 3H2O (2.18) και περιγράφεται από τις αντιδράσεις 2.18,2.19,2.20. Στη περίπτωση απουσίας O2, το C3Η6 χρησιμοποιείται για την αφαίρεση του επιφανειακού οξυγόνου που σχηματίζεται από τη διάσπαση του N2Ο, σύμφωνα με τις παρακάτω αντιδράσεις C3H6 + 9O* 3CO2 + 3H2O + 9* (2.19) C3H6* + 9O* 3CO2 + 3H2O + 10* (2.20) Οι Komvokis et al. [136], μελέτησαν και αυτοί τον καταλύτη Ru/γ-Al2Ο3 τη μετατροπή του N2Ο παρουσία C3Η6. Το C3H6 ως αναγωγικό μέσο είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση της μετατροπής του N2Ο. Η παρεμποδιστική δράση του C3Η6 απουσία Ο2 έχει διαπιστωθεί και σε καταλύτες Pt/Al2Ο3, ωστόσο στο καταλύτη Rh/Al2Ο3 η προσθήκη C3Η6 φαίνεται να ενισχύει τη δραστικότητά του. Παρατήρησαν ότι η πολύ χαμηλή μετατροπή του N2Ο συνοδευόταν και από χαμηλή μετατροπή του C3Η6, καθώς το C3Η6 δεν συμμετέχει στην αντίδραση μετατροπής του N2Ο και επιπλέον μπλοκάρει τις ενεργές θέσεις του Ru πάνω στις οποίες θα μπορούσε να γίνει προσρόφηση των μορίων Ν2Ο και ακολούθως η διάσπαση τους. Η προσθήκη του O2 οδήγησε σε αξιοσημείωτη βελτίωση στη δραστικότητα. Η βελτίωση αυτή αποδόθηκε στην κατανάλωση/οξείδωση του C3Η6 με το μοριακό 45

47 Ο2 το οποίο διαφορετικά ενεργεί ως δηλητήριο στην αντίδραση της καταλυτικής διάσπασης του N2Ο. Οι Tzitzios et al. [137], μελέτησαν τη μείωση των εκπομπών N2Ο χρησιμοποιώντας διμεταλλικό καταλύτη Ag Rh/Al2Ο3, παρουσία C3Η6 και 5% O2 και οδηγήθηκαν σε αξιόλογα αποτελέσματα. Συμπέραναν ότι η μετατροπή του Ν2Ο σε διμεταλλικό καταλύτη έφθανε σχεδόν στο 100%, σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία της τάξης των 525 C. Επίσης το C3Η6 μετατρέπεται σε CO2, κυρίως μέσω της οξείδωσης με μοριακό οξυγόνο και όχι τόσο μέσω της αντίδρασης με το ατομικό Ο που προέρχεται από τη διασπαστική ρόφηση του N2Ο. Σε άλλη έρευνα οι G. Pekridis et al. [138], μελέτησαν τη συμπεριφορά του καταλύτη Pd/Al2Ο3 για τη μείωση του N2Ο με C3Η6. Επικεντρώθηκαν στην επίδραση του K στη μείωση του N2Ο με υδρογονάνθρακες σε Pd/Al2Ο3 καταλύτη. Διαπίστωσαν ότι το K ενισχύει σημαντικά την μείωση του N2Ο με C3Η6 αποδίδοντας σημαντικά το 50% της μετατροπής του N2Ο σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (100 C) σε σύγκριση με μη ενισχυμένους καταλύτες. Οι Yamada et al. [139] σύγκριναν τα καταλυτικά συστήματα Fe/ZSM-5 και Cu/ZSM-5. Η προσθήκη C3Η6 ως αναγωγικού μέσου ενίσχυσε την καταλυτική διάσπαση του Ν2Ο στην περίπτωση του Fe/ZSM-5, ενώ στην περίπτωση του Cu/ZSM-5 μειώθηκε. Η ευεργετική δράση του C3Η6 αποδόθηκε στην ρόφησή του στην καταλυτική επιφάνεια και στην εκλεκτική αλληλεπίδραση με το Ο2. Ο προτεινόμενος μηχανισμός απεικονίζεται στη σχέση Αμέσως μετά την δημοσίευση των Yamada et al., ακολούθησαν οι C. Pophal et al. [140], που μελέτησαν την καταλυτική διάσπαση και την επιλεκτική μείωση του N2Ο με C3Η6 χρησιμοποιώντας και αυτοί ζεολιθικούς καταλύτες Fe-MFΙ και CuMFI. Τα αποτελέσματα που πήραν με την προσθήκη C3Η6 ήταν αξιοσημείωτα. Ο καταλύτης Cu-MFI είχε απενεργοποιηθεί έντονα, ενώ η καταλυτική ενεργότητα του Fe-MFI ήταν σημαντικά αυξημένη ακόμα και σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και σε χαμηλές συγκεντρώσεις C3Η6. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αυτό μπορεί να οφείλεται στη διαφορά στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των προσροφημένων μορίων C3Η6 και των δύο διαφορετικών μεταλλικών ιόντων. Οι Tzitzios et al. [137], μελέτησαν τη μείωση των εκπομπών N2Ο χρησιμοποιώντας διμεταλλικό καταλύτη Ag Rh/Al2Ο3 παρουσία μεθανίου (CH4) και συγκριτικά με τα αποτελέσματα προηγούμενης μελέτης τους όπου είχαν εξετάσει το ίδιο καταλυτικό σύστημα χρησιμοποιώντας C3Η6 ως αναγωγικό μέσο, συμπέραναν ότι το C3Η6 ενεργοποιείται πιο εύκολα απ ότι το CH4 λόγω της παρουσίας του διπλού δεσμού. Και οι Delay et al. [134] σε μια συγκριτική μελέτη διάσπασης του N2Ο για τον καταλύτη Fe/ZSM-5, χρησιμοποιώντας ως αναγωγικό μέσο CO και CH4, συμπέραναν ότι το CH4 υπερτερούσε ως αναγωγικό μέσο τόσο απουσία όσο και παρουσία O2. Ειδικότερα η παρουσία του O2 δεν επηρέασε την ενεργότητα του συστήματος, λόγω ότι το CH4 46

48 καθάριζε τις ενεργές θέσεις από οξυγόνο που προέρχονταν από τη διάσπαση του N2Ο και όχι από οξυγόνο που προερχόταν από τη διασπαστική ρόφηση του O2 στην αέρια φάση. Ακόμη οι Nobukawa et al. [135], μελετώντας το καταλυτικό σύστημα Fe-MFI, κατέληξαν ότι το CH4 είναι καλύτερο αναγωγικό μέσο σε σύγκριση με το CO και το H2 απουσία O2. Σε άλλη έρευνά τους για το ίδιο καταλυτικό σύστημα και το ίδιο σύστημα τροφοδοσίας απέδειξαν ότι το CH4 αντιδρά με τα οξυγόνα που προέρχονται από τη διάσπαση του N2Ο. Επίσης, οι G. Pekridis et al. [32] μελέτησαν την επίδραση του K στη διάσπαση του N2Ο σε καταλύτη Pd/Al2Ο3 χρησιμοποιώντας το CH4 ως αναγωγικό μέσο. Διαπίστωσαν λοιπόν ότι η ενίσχυση που προκαλεί το Κ στη διάσπαση του Ν2Ο αίρεται παρουσία του CH4, οδηγώντας σε αύξηση της T50% από τους 330 C στους 355 C. Συγκρίνοντας τα παραπάνω με τα αποτελέσματα μιας άλλης μελέτης τους όπου χρησιμοποίησαν C3Η6 ως αναγωγικό μέσο, συμπέραναν ότι η διάσπαση του N2Ο σε καταλύτη Pd/Al2Ο3 επηρεάζεται σημαντικά και από τον προωθητή K, αλλά και από τον τύπο του αναγωγικού μέσου που χρησιμοποιείται. Παρατήρησαν ότι η ενεργοποίηση του N2Ο ακολουθεί την αντίστροφη πορεία από την προσρόφηση των υδρογονανθράκων στη καταλυτική επιφάνεια (CH4<C3H6). Αυτό υποδεικνύει ότι η συγγένεια της προσρόφησης των υδρογονανθράκων με τη καταλυτική επιφάνεια επηρεάζει έντονα τη διάσπαση του N2Ο, δηλαδή όσο μεγαλύτερη η προσρόφηση τόσο μικρότερη η καταλυτική διάσπαση του N2Ο, λόγω του περιορισμένου χώρου για την προσρόφηση [32]. Τέλος για την αναγωγή του N2Ο, έχει χρησιμοποιηθεί ως αναγωγικό μέσο και το προπάνιο (C3Η8). Οι Pekridis et al. [32], μελέτησαν μια σειρά καταλυτών μετάλλου/γ-αλουμίνας (Pd, Ru, Rh, Cu, Fe, In, Ni) και συμπέραναν ότι η προσθήκη του C3Η8 ως αναγωγικού μέσου είναι ευεργετική ιδιαίτερα σε καταλύτες ευγενών μετάλλων ενισχύοντας τη μετατροπή του Ν2Ο στην περιοχή χαμηλών θερμοκρασιών και πιθανόν να οφείλεται στον καθαρισμό της καταλυτικής επιφάνειας από το ροφημένο O Προσρόφηση σε στερεές επιφάνειες Οι ετερογενείς καταλυτικές αντιδράσεις περιλαμβάνουν διάφορα επιμέρους στάδια, τα οποία αναπαρίστανται σχηματικά στο σχήμα 2.9. Τα σημαντικότερα στάδια είναι τα ακόλουθα: (1) διάχυση του αντιδρώντος (Α) μέσω του οριακού στρώματος (εξωτερική διάχυση) (2) διάχυση του αντιδρώντος (Α) μέσω των πόρων του καταλύτη (εσωτερική διάχυση) (3) προσρόφηση του αντιδρώντος (Α) σε ενεργό κέντρο του καταλύτη (4) αντίδραση του προσροφημένου Α προς Β 47

49 (5) εκρόφηση του προϊόντος (Β) (6) διάχυση του προϊόντος (Β) μέσω των πόρων του καταλύτη (εσωτερική διάχυση) (7) διάχυση του προϊόντος (Β) μέσω του οριακού στρώματος (εξωτερική διάχυση) Σχήμα 2.9: Αναπαράσταση επιμέρους σταδίων μιας καταλυτικής διεργασίας. 48

50 Κεφάλαιο 3 Πειραματικό μέρος 3.1 Περιγραφή πειραματικής διάταξης Για την διεξαγωγή των πειραμάτων χρησιμοποιήθηκε η εργαστηριακή πειραματική συσκευή συνεχούς ροής, που απεικονίζεται στο σχήμα 3.1. Η πειραματική συσκευή αποτελείται από τα ακόλουθα τμήματα: Το σύστημα τροφοδοσίας & ελέγχου ροής των αντιδρώντων αερίων Το σύστημα καταλυτικού αντιδραστήρα σταθερής κλίνης Το σύστημα θέρμανσης του αντιδραστήρα Το σύστημα ανάλυσης αντιδρώντων και προϊόντων Η πειραματική διάταξη, ανάλογα με την περίσταση διαφοροποιούνταν τόσο στην συνδεσμολογία όσο και στο χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό για των ανάλυση των αντιδρώντων και προϊόντων αερίων. Σχήμα 3.1: Πειραματική διάταξη εκλεκτικής αναγωγής N 2Ο σε καταλυτικό αντιδραστήρα σταθερής κλίνης 49

51 3.1.1 Σύστημα τροφοδοσίας & ελέγχου ροής αντιδρώντων αερίων Αποτελείται από φιάλες πεπιεσμένων αερίων υψηλής πίεσης (200 bar) και είναι εφοδιασμένο με ρυθμιστές πίεσης, βαλβίδες και ροόμετρα μάζας για την παρασκευή του μίγματος των αντιδρώντων αερίων που χρησιμοποιήθηκαν στο εκάστοτε πείραμα καθώς και για την ρύθμιση, την μέτρηση και τον έλεγχο της ροής του. Τα αέρια που χρησιμοποιήθηκαν για την διεξαγωγή των πειραμάτων ήταν το He, το O2 (2% v/v) και το N2Ο (0,1% v/v) για τα καταλυτικά πειράματα, ενώ τα αέρια που χρησιμοποιήθηκαν για την προεργασία ήταν το He. Η προμήθεια των αερίων έγινε από την εταιρεία Air Liquide Hellas. Πίνακας 3.1: Ποσοστό αερίου κατά την διεξαγωγή των Πειραμάτων Αέρια Μίγματος Αέρια Επεξεργασία 0,1% Ν2Ο/Ηe 2% O2/He 99,999 % He Για την επίτευξη της επιθυμητής σύστασης τα αέρια αυτά αραιώνονται με Ηe (99.999% v/v) και στην συνέχεια διαβιβάζονται στον αντιδραστήρα σε ατμοσφαιρική πίεση. Στο σύστημα τροφοδοσίας υπάρχει επιπλέον μία τρίοδη βάνα οποία προσφέρει την δυνατότητα προσδιορισμού των αρχικών συγκεντρώσεων των αντιδρώντων, παρακάμπτοντας τον αντιδραστήρα (by pass), κατευθύνοντας το αντιδρών μίγμα απευθείας στο σύστημα ανάλυσης Σύστημα καταλυτικού αντιδραστήρα Ο καταλυτικός αντιδραστήρας σταθερής κλίνης που χρησιμοποιήθηκε και απεικονίζεται στο Σχήμα 3.2 (παρουσιάζεται εντός του φούρνου) ήταν κατασκευασμένος από γυάλινο σωλήνα χαλαζία (quartz) σε σχήμα U, το μήκος του οποίου ήταν 20 cm και εσωτερικής διαμέτρου 8mm. Σε 50

52 βάθος 18 cm ήταν τοποθετημένη μια πορώδης φρίτα, με την βοήθεια της οποίας συγκρατούνταν ο καταλύτης. Ο ακροδέκτης του θερμοστοιχείου ήταν τοποθετημένος στο ύψος της κλίνης, όσο πιο δυνατά στον καταλύτη δηλαδή, έτσι ώστε να υπάρχει πολύ καλή συμφωνία μεταξύ των ενδείξεων του θερμοστάτη και της πραγματικής θερμοκρασίας, που επικρατούσε στο εσωτερικό της κλίνης. Στις άκρες του αντιδραστήρα εφαρμόζονταν ειδικά λάστιχα και με τις κατάλληλες ενώσεις ενώνονταν με το σύστημα τροφοδοσίας και ρύθμισης των αντιδρώντων. Αν και τα ειδικά λάστιχα με τις ενώσεις είχαν μηδενικές απώλειες κατά την σύνδεσή τους με το υπόλοιπο σύστημα, γίνονταν και χρήση σφικτήρων για ακόμα καλύτερη στεγανοποίηση. Εξαιτίας της κοκκομετρίας του καταλυτικού συστήματος υπήρχε κίνδυνος κάποιοι κόκκοι να εισχωρήσουν στους πόρους της φρίτας με αποτέλεσμα την αλλοίωση των πειραματικών αποτελεσμάτων. Για την αποφυγή τέτοιων προβλημάτων πριν την εισαγωγή του καταλύτη πάνω από τη φρίτα εναποτίθενται ένα λεπτό στρώμα (0.05 gr) από κόκκους χαλαζία (quartz). Σχήμα 3.2: Καταλυτικός αντιδραστήρας σταθερής κλίνης. Σχηματική απεικόνιση: (1: θερμοστοιχείο, 2: θερμική μόνωση, 3: θερμικές αντιστάσεις, 4: θάλαμος ελεγχόμενης θερμοκρασίας, 5: αντιδραστήρας, 6:καταλυτική κλίνη 7: φρίτα) Η θέρμανση του αντιδραστήρα επιτυγχάνεται με φούρνο κυλινδρικής διατομής, η θερμοκρασία του οποίου ρυθμίζεται με αναλογικό ρυθμιστή ενώ η μέτρηση της θερμοκρασίας του αντιδραστήρα πραγματοποιείται μέσω ενός θερμοστοιχείο Κ-τύπου, τοποθετημένου στην έξοδο του αντιδραστήρα. Το θερμοστοιχείο μετρούσε συνεχώς τη θερμοκρασία και την ένδειξη την εμφάνιζε στην οθόνη του θερμορυθμιστή. Έτσι, ανάλογα με την επιθυμητή θερμοκρασία αντίδρασης 51

53 ρυθμιζόταν ο θερμορυθμιστής. Τα χαρακτηριστικά του θερμοστοιχείου Κ για την παρούσα πειραματική διάταξη ήταν: Πίνακας 3.2: Στοιχεία θερμοστοιχείου Σχήμα 3.3: Θερμορυθμιστής Σύστημα ανάλυσης αερίων Το σύστημα ανάλυσης αποτελείται από έναν αέριο χρωματογράφο. Η τεχνική της αέριας χρωματογραφίας είναι σχετικά απλή. Χρησιμοποιείται για να επιβεβαιώσει την παρουσία ή απουσία μιας ουσίας από ένα δείγμα, μέσω διαδικασιών ταυτοποίησης και τέλος να προσδιορίσει τις ποσότητες των συστατικών του μίγματος. Τα βασικά τμήματα ενός συστήματος αέριας χρωματογραφίας παρίστανται στο σχήμα

54 Σχήμα 3.4: Βασικά χαρακτηριστικά ενός συστήματος Αέριας Χρωματογραφίας Η αέρια χρωματογραφία είναι μία τεχνική που χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό του αέριου μείγματος στα συστατικά του με διαδοχικές κατανομές ανάμεσα σε μια κινητή αέρια φάση και μια στατική στερεή φάση. Ο διαχωρισμός τους γίνεται ανάλογα με την ικανότητα προσρόφησης τους στη στερεά φάση, καθώς περνούν από την κατάλληλη στήλη. Τα συστατικά εκλύονται με την αέρια κινητή φάση κι αναδύονται από τη στήλη. Στη συνέχεια, οδηγούνται στον ανιχνευτή, που προκαλείται μείωση της θερμικής αγωγιμότητας με αποτέλεσμα να αυξηθεί η θερμοκρασία της αντίστασης, παράγοντας έτσι κάποιο δυναμικό, το οποίο θα μετρηθεί και θα καταγραφεί. Στην παρούσα διπλωματική μελέτη χρησιμοποιήθηκε ο αέριος χρωματογράφος Shimadzu (GC-14B), ο οποίος ήταν εξοπλισμένος με ανιχνευτή θερμικής αγωγιμότητας (TCD) και δύο χρωματογραφικές στήλες πλήρωσης. Οι στήλες που χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό των απαερίων είναι η Porapak-N (PN) και η Molecular Sieve 5A (MS). Οι δύο στήλες είναι παράλληλα συνδεδεμένες και η εναλλαγή τους επιτυγχάνεται μέσω μιας τετράπορτης βαλβίδας. Η Molecular Sieve 5A λειτουργεί ισοθερμοκρασιακά (80 C) και χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό των αερίων Ο2, Ν2, και CO και η Porapak-N λειτουργεί με πρόγραμμα ανόδου της θερμοκρασίας (80 o C,120 o C) και χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό των αερίων CO2, N2Ο, και C3Η6 [4,16]. Ο ποσοτικός προσδιορισμός του ποσοστού των συστατικών γίνεται με βάση το συνολικό βάρος τους και σύμφωνα με το μέγεθος του ηλεκτρικού σήματος που προκύπτει με αριθμητική ολοκλήρωση της κορυφής σχήματος Λ για το κάθε συστατικό. Οι δύο στήλες ήταν συνδεδεμένες σε σειρά με δύο 53

55 βαλβίδες αυτόματης δειγματοληψίας και βρίσκονταν τοποθετημένες σε θάλαμο ρυθμιζόμενης θερμοκρασίας. Ο χρωματογράφος ήταν συνδεδεμένος με τον υπολογιστή για την καταγραφή των αποτελεσμάτων στο πρόγραμμα Clarity. Τέλος, ο αέριος χρωματογράφος ήταν επίσης συνδεδεμένος με ένα ροόμετρο φυσαλίδας, μέσω του οποίου ελεγχόταν εάν η ογκομετρική παροχή των αντιδρώντων και των προϊόντων ήταν σταθερή για να αποφευχθεί η περίπτωση λανθασμένων συμπερασμάτων. 3.2 Περιγραφή πειραματικής διαδικασίας Η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε για την αξιολόγηση της ενεργότητας των καταλυτικών συστημάτων συνοψίζεται στα εξής επιμέρους στάδια: Προετοιμασία δείγματος: Ζυγίζεται σε ζυγαριά ακριβείας, 0,05 gr κόκκοι χαλαζία (quartz) και 0,1 gr καταλύτη και τοποθετούνται στον καταλυτικό αντιδραστήρα σταθερής κλίνης. Προ-κατεργασία: Γίνεται προ-κατεργασία του καταλύτη με ροή He για 1 h στους 600 C ώστε να απομακρυνθούν τυχόν υπολείμματα των πρόδρομων ενώσεων από την επιφάνεια του καταλύτη αλλά και για την σταθεροποίηση της ροής. Προσδιορισμός της συγκέντρωσης των αντιδρώντων: Η σύσταση του αέριου μείγματος, που αποτελείται από 1000 ppm Ν2Ο και 2% Ο2, ρυθμίζεται αρχικά με την βοήθεια ενός ροόμετρου φυσαλίδας. Στη συνέχεια, το ρεύμα τροφοδοσίας (150 ml/min) οδηγείται στο σύστημα ανάλυσης, όπου γίνεται ακριβής μέτρηση της συγκέντρωσης των αντιδρώντων αερίων. Μελέτη της αντίδρασης διάσπασης του Ν2Ο παρουσία καταλύτη: Ο προσδιορισμός της συγκέντρωσης των τελικών προϊόντων της αντίδρασης διάσπασης του Ν2Ο γίνεται με λήψη χρωματογραφημάτων ανά 20 C στο θερμοκρασιακό εύρος C. 54

56 Σχήμα 3.5: Εικόνα τυπικού χρωματογραφήματος Τα συστήματα που μελετήθηκαν για την καταλυτική διάσπαση του N2Ο είναι: ppm N2Ο/He ppm N2Ο/He + 2% O2/He Τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν αφορούν στην: 1. Επιλογή βέλτιστου καταλύτη ως προς την απόδομηση του υποξειδίου του αζώτου (Ν2Ο). 2. Μελέτη της επίδρασης του οξυγόνου στην απόδοση των καταλυτικών συστημάτων. Η απόδοση των καταλυτικών συστημάτων εκφράζεται ως επί τοις % μετατροπή του ρύπου Ν2Ο που εκφράζεται από τον τύπο: XN 2 Ο = [N 2Ο]in [N 2 O]out [N 2 O]in 100 ( 3.1) 3.3 Παρασκευή καταλυτών Η παρούσα εργασία στοχεύει στη διερεύνηση της καταλυτικής διάσπασης του N2Ο σε καταλύτες απλών ή μικτών οξειδίων CoO-CeO2 και CuO-CeO2, οι οποίοι παρασκευάστηκαν με 55

57 διαφορετικές μεθόδους, όπως, εμποτισμό, συγκαταβύθιση καθώς και με την υδροθερμική μέθοδο. Προκειμένου να κατανοήσουμε το ρόλο της CeO2 καθώς και των αλληλεπιδράσεων CoO-CeO2 και CuO-CeO2, δύο κατηγορίες υλικών παρασκευάστηκαν και εξετάστηκαν ως προς την απόδοση τους στην αντίδραση διάσπασης του Ν2Ο, απουσία και παρουσία περίσσειας Ο2: α) καθαρός φορέας CeO2 που παρασκευάστηκε με την τεχνική της συγκαταβύθισης, θερμικής διάσπασης, καθώς και την υδροθερμική μέθοδο με σκοπό να συγκριθεί με εμπορικό δείγμα CeO2 (Fluka) β) μικτά οξείδια CuO/CeO2 και CoO/CeO2 που συντέθηκαν με εμποτισμό των δειγμάτων CeO2 που παρασκευάστηκαν παραπάνω με CuO και CoO. Όλα τα δείγματα που μελετήθηκαν στην παρούσα εργασία παρασκευάστηκαν στα Εργαστήρια του Τμήματος Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης του Πολυτεχνείου Κρήτης, στα πλαίσια της διδακτορική διατριβής της κυρίας Μαρίας Λυκάκη Παρασκευή καθαρού CeO2 Το CeO2 παρασκευάστηκε με τρεις διαφορετικές μεθόδους: συγκαταβύθιση, θερμική διάσπαση και υδροθερμική μέθοδο. Κατά την συγκαταβύθιση προστέθηκε διάλυμα NH3 (13,4 Μ) σε διάλυμα νιτρικού δημητρίου (Ce(NO3)3 6H2Ο(0,5Μ) με ανάδευση, μέχρι την σταθεροποίηση του ph (ph=9-10). Ακολούθησε φιλτράρισμα του πηκτώματος μέσω φίλτρων διήθησης, μέχρι τη δημιουργία μιας πάστας, τύπου gel η οποία ξηράνθηκε στους 110 ºC για 12 ώρες. Στη συνέχεια, ακολούθησε πύρωση των δειγμάτων για 2 ώρες στους 600 C υπό ροή αέρα 100 cm 3 min -1, με ρυθμό θέρμανσης 2 ο C min -1. Με αυτήν την διαδικασία παραλήφθηκαν τα δείγματα Ce-PRE. Για την παρασκευή της CeO2 με τη μέθοδο της θερμικής διάσπασης πραγματοποιήθηκε πύρωση της πρόδρομης ένωσης Ce(NO3)3. 6H2O στη μουφλοκάμινο σε θερμοκρασία 500 ο C για 2 ώρες με ρυθμό θέρμανσης 5 ο C min -1. Ακολουθώντας την παραπάνω διαδικασία παρελήφθησαν τα δείγματα CeO2-DEC. Με την υδροθερμική μέθοδο παρασκευάστηκαν διαφορετικής μορφολογίας νανοσωματίδια οξειδίου του δημητρίου υπό τη μορφή νανοπολυέδρων, νανοραβδών και νανοκύβων. Συγκεκριμένα, προστέθηκε διάλυμα NaOH (6M) σε διάλυμα πρόδρομης ένωσης Ce(NO3)3. 6H2O(0.1M) υπό έντονη ανάδευση έως τον σχηματισμό γαλακτώδους πολτού. Μετά το πέρας της ανάδευσης, ακολούθησε ωρίμανση στους 90 ο C για 24h, έκπλυση μέσω φυγοκέντρισης με υπερκάθαρο H2O έως ph 7 και τελική έκπλυση με αιθανόλη. Τέλος πραγματοποιήθηκε ξήρανση στον φούρνο στους 90 ο C για 12h και πύρωση στη μουφλοκάμινο στους 500 ο C για 2h με ρυθμό ανόδου θερμοκρασίας 5 ο C min -1. Με αυτόν τον τρόπο παρασκευάστηκαν τα δείγματα CeO2-HL (nanopolyhedra). Για τη σύνθεση των δειγμάτων CeO2-HH (nanorods) ακολουθείται η 56

58 παραπάνω διαδικασία με μοναδική διαφορά την προσθήκη διαλύματος NaOH (36.7M). Κατά την σύνθεση νανοσωματιδίων CeO2 με τη μορφή νανοκύβων πραγματοποιείται προσθήκη διαλύματος NaOH (36,7Μ) στο διάλυμα Ce(NO3)3. 6H2O (0.1Μ) υπό έντονη ανάδευση έως τον σχηματισμό γαλακτώδους πολτού. Μετά το πέρας της ανάδευσης, ακολούθησε ωρίμανση στους 180 ο C για 24h. Η ξήρανση και η πύρωση του δείγματος πραγματοποιήθηκε στις ίδιες συνθήκες με τα δείγματα CeO2-HL (nanopolyhedra) και CeO2-HH (nanorods). Με αυτόν τον τρόπο παρασκευάστηκαν τα υλικά CeO2-HYDRO3 (nanocubes). Για λόγους σύγκρισης χρησιμοποιήθηκε δείγμα εμπορικής δημητρίας (Fluka) (CeΟ2- Fluka). Το δείγμα αυτό πυρώθηκε στις ίδιες συνθήκες όπως και με τα παραπάνω δείγματα Παρασκευή δειγμάτων CuO/Ceria Οι φορείς CeO2 που παρασκευάστηκαν παραπάνω (CeO2-HH, CeO2-H3) και το εμπορικό δείγμα CeO2-Fluka, εμποτίστηκαν με υδατικό διάλυμα Cu(NO3)2 5H2O (Sigma Aldrich) κατάλληλης συγκέντρωσης ώστε να επιτευχθεί 20 wt.% φόρτιση σε Cu. To αιώρημα που προέκυψε θερμάνθηκε υπό ανάδευση μέχρι να εξατμιστεί όλη η ποσότητα του νερού, υπέστη ολονύκτια ξήρανση στους 90 ο C και πυρώθηκε στους 500 ο C για 2 ώρες κάτω από τις ίδιες συνθήκες όπως και τα υλικά δημητρίας. Ακολουθώντας την προαναφερθείσα διαδικασία συντέθηκαν τα υλικά Cu/CeO2-HH (high NaOH), Cu/CeO2-HYDRO3 (nanocubes) και Cu/CeO2- Fluka. Για λόγους σύγκρισης χρησιμοποιήθηκαν ακόμη καταλύτες CuO, προκειμένου να διερευνηθεί η αλληλεπίδραση του φορέα και της ενεργής μεταλλικής φάσης Cu Παρασκευή δειγμάτων CοO/Ceria Οι φορείς CeO2 που παρασκευάστηκαν παραπάνω (CeO2-PRE, CeO2-DEC και CeO2-HL) εμποτίστηκαν με υδατικό διάλυμα Co(NO3)2 6H2O (Sigma Aldrich) κατάλληλης συγκέντρωσης ώστε να επιτευχθεί 20 wt.% φόρτιση σε Co. To αιώρημα που προέκυψε θερμάνθηκε υπό ανάδευση μέχρι να εξατμιστεί όλη η ποσότητα του νερού, υπέστη ολονύκτια ξήρανση στους 90 ο C και πυρώθηκε στους 500 ο C για 2 ώρες κάτω από τις ίδιες συνθήκες όπως και τα υλικά δημητρίας. Ακολουθώντας την προαναφερθείσα διαδικασία συντέθηκαν τα υλικά Co/CeO2-PRE, Co/CeO2- DEC και Cu/CeO2-HL (low NaOH). Για λόγους σύγκρισης χρησιμοποιήθηκαν ακόμη καταλύτες Co3O4, προκειμένου να διερευνηθεί η αλληλεπίδραση μεταξύ του φορέα και της ενεργής μεταλλικής φάσης Co. 57

59 Για όλα τα δείγματα η φόρτιση σε ενεργή μεταλλική φάση διατηρήθηκε σταθερή σε 20 wt.%, που αντιστοιχεί σε ατομική βάση ~18 at%. Η εν λόγω φόρτιση επιλέχθηκε λαμβάνοντας υπόψη την ικανοποιητική καταλυτική απόδοση των δειγμάτων Cu/CeO2 με φόρτιση Cu μεταξύ at% [ ]. Επιπλέον, σε σχετικές μελέτες, αποδείχθηκε ξεκάθαρα πως περιεκτικότητα σε Cu της τάξης του at% έχει σαν αποτέλεσμα τον σχηματισμό μικρών συσσωματωμάτων χαλκού που ανάγονται εύκολα, ενώ για φόρτιση υψηλότερη από 40 at% ο χαλκός είναι υπό μορφή μεγάλων σωματιδίων CuO, τα οποία δεν αλληλεπιδρούν ισχυρά με τον φορέα [145]. 58

60 Κεφάλαιο 4 Σχολιασμός Αποτελεσμάτων Σε αυτό το κεφάλαιο θα σχολιαστούν τα αποτελέσματα από τις μετρήσεις του εργαστηρίου. Συνολικά έγιναν 26 πειράματα παρουσία και απουσία οξυγόνου με τους εξής καταλύτες: Πίνακας 4.1: Καταλυτικά συστήματα που μελετήθηκαν στην αντίδραση διάσπασης του Ν 2Ο CeO 2 H3 Co/CeO2 PRE Cu/CeO2 HH CeO 2 (Fluka) Co/CeO2 DEC Cu/CeO2 H3 CeO 2 HH Co/CeO2 HL Cu/CeO2 (Fluka) CeO 2 PRE CuO (Aldrich) CeO 2 DEC Co3O4 (Aldrich) CeO 2 HL Με βάση τα αποτελέσματα του πειράματος κατασκευάστηκαν πίνακες όπου με τη βοήθεια του προγράμματος excel υπολογίστηκε η επί τοις εκατό διάσπαση του N2O. Με δεδομένα το βαθμό μετατροπής (%) και τη θερμοκρασία ( C) δημιουργήσαμε 4 διαγράμματα για να μπορούμε να συγκρίνουμε την ενεργότητα του κάθε καταλύτη, παρουσία και απουσία οξυγόνου. Σύμφωνα με το πρώτο διάγραμμα όπου υπάρχουν οι 7 πρώτοι καταλύτες (Σχήμα 4.1) την μεγαλύτερη ενεργότητα την παρουσιάζει ο καταλύτης Cu/CeO2 HH σε όλο το εύρος θερμοκρασιών από 300 μέχρι 600 C. 59

61 Μετατροπή Ν 2 Ο, % Cu/CeO 2 HH Cu/CeO 2 H3 Cu/CeO 2 (Fluka) CuO (Aldrich) CeO 2 H3 CeO 2 (Fluka) CeO 2 HH Θερμοκρασία, C Σχήμα 4.1: Σχηματική απεικόνιση της επί τοις εκατό μετατροπής του N 2O για κάθε καταλύτη για θερμοκρασίες C. Το αποτέλεσμα αυτό ήταν αναμενόμενο καθώς το σύστημα φορέας-ενεργός φάση είναι αποδοτικότερο σε σύγκριση με αυτό όπου υπάρχει μόνον ο φορέας. Για αυτό το λόγο ο φορέας CeO2 HH έχει την μικρότερη ενεργότητα. Παρατηρούμε επίσης ότι ο καταλύτης Cu/CeO2 Fluka ενώ στις θερμοκρασίες C είχε μικρότερη ενεργότητα από τον καταλύτη CuO Aldrich, σε θερμοκρασίες C τον ξεπερνάει σε ενεργότητα. Οι θερμοκρασίες όμως που μας ενδιαφέρουν περισσότερο είναι αυτές των C γιατί τέτοιες τιμές έχουμε συνήθως στην έξοδο των καυσαερίων. Το ίδιο φαινόμενο συμβαίνει και με τους καταλύτες CuO Aldrich και CeO2 H3 όπου ο δεύτερος ξεπερνά σε ενεργότητα τον πρώτο στη θερμοκρασία των 580 C. Όσον αφορά τους καταλύτες που αποτελούνται μόνο από φορέα μεγαλύτερη ενεργότητα παρουσιάζει ο φορέας CeO2 HH ενώ μικρότερη ενεργότητα έχει ο CeO2 (Fluka). Αξίζει να σημειώσουμε ότι ο καταλύτης CeO2 HH, ενώ αποτελείται μόνον από φορέα, στις θερμοκρασίες C έχει μεγαλύτερη ενεργότητα από το σύστημα φορέας-ενεργή φάση Cu/CeO2 (Fluka), ενώ σε θερμοκρασίες άνω των 550 C αυτή η διαφορά αυξάνεται ακόμα περισσότερο. Το πρώτο πράγμα που παρατηρούμε στο Σχήμα 4.2 είναι ότι η ενεργότητα όλων των καταλυτών μειώνεται με την παρουσία του οξυγόνου. Αυτό συμβαίνει λόγω του φαινομένου της δηλητηρίασης όπου το οξυγόνο διασπάται στην 60

62 επιφάνεια του καταλύτη και ροφάται ισχυρά από αυτόν, εμποδίζοντας την διάσπαση του Ν2Ο. Η συμπεριφορά στο ζεύγος καταλυτών Cu/CeO2 Fluka-CuO Aldrich αλλάζει σε αυτό το διάγραμμα. Το Cu/CeO2 Fluka έχει μεγαλύτερη ενεργότητα από το CuO Aldrich σε όλο το εύρος θερμοκρασιών C. Μετατροπή Ν 2 Ο, % Cu/CeO 2 HH Cu/CeO 2 H3 Cu/CeO 2 (Fluka) CuO (Aldrich) CeO 2 H3 CeO 2 (Fluka) CeO 2 HH Θερμοκρασία, ο C Σχήμα 4.2: Σχηματική απεικόνιση της επί τοις εκατό μετατροπής του N 2O παρουσία Ο 2 για κάθε καταλύτη για θερμοκρασίες C. Στα 2 επόμενα διαγράμματα αποτυπώθηκαν τα αποτελέσματα από τους υπόλοιπους 7 καταλύτες. Όπως βλέπουμε στο Σχήμα 4.3 την μεγαλύτερη ενεργότητα παρουσιάζει ο καταλύτης Co3O4 Aldrich. Είναι λογικό να έχουμε μεγαλύτερη ενεργότητα στον καταλύτη που αποτελείται μόνο από ενεργή φάση αλλά δεν είναι πρακτικό. Σε πραγματικές εφαρμογές όπως είναι η έξοδος των καυσαερίων από εργοστάσια ή από αυτοκίνητα οι θερμοκρασίες που επικρατούν είναι τόσο μεγάλες που καθιστά αναγκαία την ύπαρξη συστήματος φορέας-ενεργής φάσης, διαφορετικά η ενεργή φάση χωρίς φορέα δεν θα αντέξει τις υψηλές θερμοκρασίες. 61

63 Μετατροπή Ν 2 Ο, % Co/CeO 2 PRE Co/CeO 2 DEC Co/CeO 2 HL Co 3 O 4 (Aldrich) CeO 2 PRE CeO 2 DEC CeO 2 HL Θερμοκρασία, C Σχήμα 4.3: Σχηματική απεικόνιση της επί τοις εκατό μετατροπής του N 2O για κάθε καταλύτη για θερμοκρασίες C. Λαμβάνοντας υπόψη το δεδομένο που μόλις αναφέραμε ο πιο κατάλληλος καταλύτης από τους έξι είναι το σύστημα φορέας-καταλύτης Co/CeO2 PRE ενώ την μικρότερη ενεργότητα έχουν οι 3 φορείς με την ακόλουθη σειρά ενεργότητας CeO2 PRE > CeO2 DEC > CeO2 HL. Στο επόμενο διάγραμμα (Σχήμα 4.4) αποτυπώνεται η επί τοις εκατό απομάκρυνση του Ν2Ο στους ίδιους καταλύτες με παρουσία οξυγόνου και όπως είναι αναμενόμενο η ενεργότητα σε όλους τους καταλύτες μειώνεται λόγω δηλητηρίασης. Η σειρά ενεργότητας των καταλυτών παραμένει η ίδια με κάποιες διαφορές. Οι καταλύτες Co3O4 Aldrich και Co/CeO2 PRE έχουν σχεδόν την ίδια ενεργότητα στις θερμοκρασίες C, κάτι αντίστοιχο συμβαίνει μεταξύ των φορέων CeO2 PRE και CeO2 DEC σε όλο το εύρος θερμοκρασιών C. 62

64 Μετατροπή Ν 2 Ο, % Co/CeO 2 PRE Co/CeO 2 DEC Co/CeO 2 HL Co 3 O 4 (Aldrich) CeO 2 PRE CeO 2 DEC CeO 2 HL Θερμοκρασία, C Σχήμα 4.4: Σχηματική απεικόνιση της επί τοις εκατό μετατροπής του N 2O παρουσία Ο 2 για κάθε καταλύτη για θερμοκρασίες C. Με βάση αυτά τα τέσσερα διαγράμματα καλύτεροι καταλύτες θεωρούνται οι Cu/CeO2 HH και Co/CeO2 PRE. Για αυτόν τον λόγο κατασκευάσαμε ένα πέμπτο διάγραμμα (Σχήμα 4.5), για να συγκρίνουμε αυτούς τους δύο καταλύτες παρουσία και απουσία οξυγόνου. Με διακεκομμένη γραμμή αποτυπώνεται η συμπεριφορά των δύο καταλυτών όταν έχουμε παρουσία οξυγόνου, για αυτό και η ενεργότητα τους μειώνετε και στις δύο περιπτώσεις. Από το διάγραμμα αυτό καλύτερος καταλύτης αναδεικνύεται ο Co/CeO2 PRE με περίπου ίση διαφορά (10 %) στο βαθμό διάσπασης από τον Cu/CeO2 HH σε όλο το εύρος θερμοκρασιών. 63

65 Μετατροπή Ν 2 Ο, % Θερμοκρασία, C Σχήμα 4.5: Σχηματική απεικόνιση του βαθμού μετατροπής των καλύτερων καταλυτών παρουσία και απουσία οξυγόνου. Ένας επίσης σημαντικός παράγοντας στην διάσπαση του υποξειδίου του αζώτου είναι όταν ο βαθμός μετατροπής του Ν2Ο από έναν καταλύτη φτάσει την τιμή του 50 %. Για αυτόν τον λόγο δημιουργήσαμε ένα 6 ο διάγραμμα (Ραβδόγραμμα) και χρησιμοποιήσαμε όλους τους καταλύτες που αποτελούνται από φορέα και ενεργό φάση. Στον οριζόντιο άξονα απεικονίζεται το όνομα του καταλύτη και στον κάθετο άξονα η θερμοκρασία. Από το διάγραμμα αυτό παρατηρούμε ότι ο καλύτερος καταλύτης (Co/CeO2 PRE) έχει την μικρότερη απαιτούμενη θερμοκρασία για να απομακρύνει το 50 % του υποξειδίου του αζώτου, ενώ την μεγαλύτερη απαιτούμενη θερμοκρασία την έχει ο Cu/CeO2 Fluka. Μάλιστα ο τελευταίος με παρουσία οξυγόνου δεν είναι δυνατό να απομακρύνει το 50 % του υποξειδίου του αζώτου για θερμοκρασία μικρότερης των 600 C καθώς σε αυτήν τη θερμοκρασία η απομάκρυνση είναι %. 64

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗΣ ΤΩΝ ΚΑΤΑΛΥΤΏΝ ΜΙΚΤΏΝ ΟΞΕΙΔΙΩΝ CuO-CeO 2 ΣΤΗΝ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗΣ ΔΙΑΣΠΑΣΗΣ N 2 O ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Διαβάστε περισσότερα

"Μελέτη της καταλυτικής διάσπασης του Ν 2 Ο σε μικτά οξείδια CuO-CeO 2 τροποποιημένα δια μέσω επιφανειακών προωθητών/αλκαλίων (Cs)"

Μελέτη της καταλυτικής διάσπασης του Ν 2 Ο σε μικτά οξείδια CuO-CeO 2 τροποποιημένα δια μέσω επιφανειακών προωθητών/αλκαλίων (Cs) "Μελέτη της καταλυτικής διάσπασης του Ν 2 Ο σε μικτά οξείδια CuO-CeO 2 τροποποιημένα δια μέσω επιφανειακών προωθητών/αλκαλίων (Cs)" Ζιώρη Αρχοντία Επιβλέπων καθηγητής: Μαρνέλλος Γεώργιος Κοζάνη, Ιούνιος

Διαβάστε περισσότερα

ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΟΞΙΝΗΣ ΒΡΟΧΗΣ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΟΞΙΝΗΣ ΒΡΟΧΗΣ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ !Unexpected End of Formula l ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΟΞΙΝΗΣ ΒΡΟΧΗΣ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Παραδεισανός Αδάμ ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η εργασία αυτή εκπονήθηκε το ακαδημαϊκό έτος 2003 2004 στο μάθημα «Το πείραμα στη

Διαβάστε περισσότερα

ΑΝΘΡΑΚΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ. Συνολική ποσότητα άνθρακα στην ατμόσφαιρα: 700 x 10 9 tn

ΑΝΘΡΑΚΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ. Συνολική ποσότητα άνθρακα στην ατμόσφαιρα: 700 x 10 9 tn ΑΝΘΡΑΚΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ CO 2, CO, CH 4, NMHC Συνολική ποσότητα άνθρακα στην ατμόσφαιρα: 700 x 10 9 tn Διοξείδιο του άνθρακα CO 2 : Άχρωμο και άοσμο αέριο Πηγές: Καύσεις Παραγωγή τσιμέντου Βιολογικές διαδικασίες

Διαβάστε περισσότερα

ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ ΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΠΑΠΑΒΑΣΙΛΕΙΟΥ

ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ ΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΠΑΠΑΒΑΣΙΛΕΙΟΥ ~ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ ΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΠΑΠΑΒΑΣΙΛΕΙΟΥ ~ ΠΕΡΙΛΗΨΗ H παρούσα Διδακτορική Διατριβή περιλαμβάνει συστηματική μελέτη για την ανάπτυξη τριοδικού καταλυτικού μετατροπέα (TWC) που να επιδεικνύει

Διαβάστε περισσότερα

Ισορροπία στη σύσταση αέριων συστατικών

Ισορροπία στη σύσταση αέριων συστατικών Ισορροπία στη σύσταση αέριων συστατικών Για κάθε αέριο υπάρχουν μηχανισμοί παραγωγής και καταστροφής Ρυθμός μεταβολής ενός αερίου = ρυθμός παραγωγής ρυθμός καταστροφής Όταν: ρυθμός παραγωγής = ρυθμός καταστροφής

Διαβάστε περισσότερα

Πηγή: ΑΠΟΛΥΜΑΝΣΗ ΤΟΥ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ : ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΤΟΥ ΧΛΩΡΙΟΥ, ΘΕΟΔΩΡΑΤΟΥ ΑΓΓΕΛΙΚΗ, ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ, ΜΥΤΙΛΗΝΗ 2005

Πηγή: ΑΠΟΛΥΜΑΝΣΗ ΤΟΥ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ : ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΤΟΥ ΧΛΩΡΙΟΥ, ΘΕΟΔΩΡΑΤΟΥ ΑΓΓΕΛΙΚΗ, ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ, ΜΥΤΙΛΗΝΗ 2005 Πηγή: ΑΠΟΛΥΜΑΝΣΗ ΤΟΥ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ : ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΤΟΥ ΧΛΩΡΙΟΥ, ΘΕΟΔΩΡΑΤΟΥ ΑΓΓΕΛΙΚΗ, ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ, ΜΥΤΙΛΗΝΗ 2005 ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι προχωρημένες τεχνικές

Διαβάστε περισσότερα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΤΟΥ N 2 O ΣΕ ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ ΕΥΓΕΝΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ Pt, Pd, Ir

Διαβάστε περισσότερα

ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ B ΛΥΚΕΙΟΥ

ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ B ΛΥΚΕΙΟΥ ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ: ΟΡΙΣΜΟΊ ΟΞΕΊΔΩΣΗΣ ΟΡΙΣΜΟΊ ΑΝΑΓΩΓΉΣ Οξείδωση είναι η ένωση ενός στοιχείου με οξυ Αναγωγή είναι η ένωση ενός στοιχείου με υδρο γόνο ή η αφαίρεση υδρογόνου από μία χημική γόνο ή η αφαίρεση

Διαβάστε περισσότερα

ΦΥΣΙΚΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΦΥΣΙΚΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Ενότητα: Φυσική Ατμοσφαιρικού Περιβάλλοντος -2 Δημήτρης Μελάς Καθηγητής ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠAΝΣΗ Ορισμός της ατμοσφαιρικής ρύπανσης Ατμοσφαιρική ρύπανση ονομάζεται

Διαβάστε περισσότερα

Ν + O ΝO+N Μηχανισµός Zel'dovich Ν + O ΝO+O ΝO+H N + OH 4CO + 2ΗΟ + 4ΝΟ 5Ο 6ΗΟ + 4ΝΟ 4HCN + 7ΗΟ 4ΝΗ + CN + H O HCN + OH

Ν + O ΝO+N Μηχανισµός Zel'dovich Ν + O ΝO+O ΝO+H N + OH 4CO + 2ΗΟ + 4ΝΟ 5Ο 6ΗΟ + 4ΝΟ 4HCN + 7ΗΟ 4ΝΗ + CN + H O HCN + OH Τεχνολογίες ελέγχου των εκποµπών των Συµβατικών Ατµοηλεκτρικών Σταθµών (ΣΑΗΣ) µε καύσιµο άνθρακα ρ. Ανανίας Τοµπουλίδης Τµ. Μηχανολόγων Μηχανικών, Πανεπιστήµιο υτικής Μακεδονίας Εκποµπές NO Χ που παράγονται

Διαβάστε περισσότερα

Ατμόσφαιρα. Αυτό τo αεριώδες περίβλημα, αποτέλεσε την πρώτη ατμόσφαιρα της γης.

Ατμόσφαιρα. Αυτό τo αεριώδες περίβλημα, αποτέλεσε την πρώτη ατμόσφαιρα της γης. Ατμόσφαιρα Η γη, όπως και ολόκληρο το ηλιακό μας σύστημα, αναπτύχθηκε μέσα από ένα τεράστιο σύννεφο σκόνης και αερίων, πριν από 4,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Τότε η γη, περικλειόταν από ένα αεριώδες περίβλημα

Διαβάστε περισσότερα

Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής - ΣΑΕΤ

Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής - ΣΑΕΤ Γενική και Ανόργανη Χημεία Περιοδικές ιδιότητες των στοιχείων. Σχηματισμός ιόντων. Στ. Μπογιατζής 1 Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Π Δ Χειμερινό εξάμηνο 2018-2019 Π

Διαβάστε περισσότερα

ΧΗΜΕΙΑ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΕΝΟΤΗΤΑ: 1.2

ΧΗΜΕΙΑ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΕΝΟΤΗΤΑ: 1.2 ΕΝΟΤΗΤΑ: 1.2 Η ύλη συναντάται σε τρεις φυσικές καταστάσεις: Στερεή: έχει καθορισμένη μάζα, σχήμα και όγκο. Υγρή: έχει καθορισμένη μάζα και όγκο, ενώ σχήμα κάθε φορά παίρνει το σχήμα του δοχείου που το

Διαβάστε περισσότερα

Όξινη βροχή. Όξινη ονομάζεται η βροχή η οποία έχει ph μικρότερο από 5.6.

Όξινη βροχή. Όξινη ονομάζεται η βροχή η οποία έχει ph μικρότερο από 5.6. Όξινη βροχή Οξύτητα είναι η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου σε μια ουσία όπως αυτή ορίζεται από τον αρνητικό λογάριθμο της συγκέντρωσης των ιόντων του υδρογόνου (ph). Το καθαρό νερό έχει ουδέτερο ph ίσο με

Διαβάστε περισσότερα

ΡΥΠΑΝΣΗ. Ρύπανση : η επιβάρυνση του περιβάλλοντος με κάθε παράγοντα ( ρύπο ) που έχει βλαπτικές επιδράσεις στους οργανισμούς ΡΥΠΟΙ

ΡΥΠΑΝΣΗ. Ρύπανση : η επιβάρυνση του περιβάλλοντος με κάθε παράγοντα ( ρύπο ) που έχει βλαπτικές επιδράσεις στους οργανισμούς ΡΥΠΟΙ ΡΥΠΑΝΣΗ Ρύπανση : η επιβάρυνση του περιβάλλοντος με κάθε παράγοντα ( ρύπο ) που έχει βλαπτικές επιδράσεις στους οργανισμούς ΡΥΠΟΙ χημικές ουσίες μορφές ενέργειας ακτινοβολίες ήχοι θερμότητα ΕΠΙΚΥΝΔΥΝΟΤΗΤΑ

Διαβάστε περισσότερα

Χημικές αντιδράσεις καταλυμένες από στερεούς καταλύτες

Χημικές αντιδράσεις καταλυμένες από στερεούς καταλύτες Χημικές αντιδράσεις καταλυμένες από στερεούς καταλύτες Σε πολλές χημικές αντιδράσεις, οι ταχύτητές τους επηρεάζονται από κάποια συστατικά τα οποία δεν είναι ούτε αντιδρώντα ούτε προϊόντα. Αυτά τα υλικά

Διαβάστε περισσότερα

Δρ. Ιωάννης Καλαμαράς, Διδάκτωρ Χημικός. Όλα τα Σωστό-Λάθος της τράπεζας θεμάτων για τη Χημεία Α Λυκείου

Δρ. Ιωάννης Καλαμαράς, Διδάκτωρ Χημικός. Όλα τα Σωστό-Λάθος της τράπεζας θεμάτων για τη Χημεία Α Λυκείου Όλα τα Σωστό-Λάθος της τράπεζας θεμάτων για τη Χημεία Α Λυκείου 1. Το ιόν του νατρίου, 11Νa +, προκύπτει όταν το άτομο του Na προσλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο. Λ, όταν αποβάλλει ένα ηλεκτρόνιο 2. Σε 2 mol NH3

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 7 ΣΕΛΙΔΕΣ

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 7 ΣΕΛΙΔΕΣ ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΤΕΚΝΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΤΟΥ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ ΚΑΙ ΤΕΚΝΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΥΠΑΛΛΗΛΩΝ ΠΟΥ ΥΠΗΡΕΤΟΥΝ ΣΤΟ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟ ΣΑΒΒΑΤΟ 8 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 018 - ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΧΗΜΕΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΣΥΝΟΛΟ

Διαβάστε περισσότερα

Θρεπτικές ύλες Τρόφιµα - Τροφή

Θρεπτικές ύλες Τρόφιµα - Τροφή ΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ 1 Θρεπτικές ύλες Τι καλούµε θρεπτικές ύλες; Ποιες είναι; Τρόφιµα Τι καλούµε τρόφιµο; Χηµεία Τροφίµων Θρεπτικές ύλες Τρόφιµα - Τροφή Προϋπόθεση για να χαρακτηριστεί ένα προϊόν τρόφιµο; 2

Διαβάστε περισσότερα

Το φαινόμενου του θερμοκηπίου. 3/12/2009 Δρ. Ελένη Γουμενάκη

Το φαινόμενου του θερμοκηπίου. 3/12/2009 Δρ. Ελένη Γουμενάκη Το φαινόμενου του θερμοκηπίου Μέση θερμοκρασία σε παγκόσμια κλίμακα Ατμόσφαιρα ονομάζεται το αέριο τμήμα του πλανήτη, το οποίο τον περιβάλλει και τον ακολουθεί στο σύνολο των κινήσεών του Τα αέρια της

Διαβάστε περισσότερα

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Δ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Δ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Δ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ ΘΕΜΑ Α ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Δ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 14 ΙΟΥΝΙΟΥ 2019 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΧΗΜΕΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ: ΕΞΙ (6) Για τις προτάσεις

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΣΤ 30 ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ ΓΝΩΣΤΙΚΟΥ ΧΗΜΕΙΑΣ

ΤΕΣΤ 30 ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ ΓΝΩΣΤΙΚΟΥ ΧΗΜΕΙΑΣ ΤΕΣΤ 30 ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ ΓΝΩΣΤΙΚΟΥ ΧΗΜΕΙΑΣ ο αριθμός Avogadro, N A, L = 6,022 10 23 mol -1 η σταθερά Faraday, F = 96 487 C mol -1 σταθερά αερίων R = 8,314 510 (70) J K -1 mol -1 = 0,082 L atm mol -1 K -1 μοριακός

Διαβάστε περισσότερα

ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ (ΣΤΕΦ) ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΣΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΣΗΣ Τ.Ε.

ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ (ΣΤΕΦ) ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΣΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΣΗΣ Τ.Ε. ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ (ΣΤΕΦ) ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΣΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΣΗΣ Τ.Ε. ΤΕΛΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΙΟΥΝΙΟΣ, 2016 Μάθημα: «Αντιρρυπαντική Τεχνολογία

Διαβάστε περισσότερα

Η ετερογενής καταλυτική δράση στα μέταλλα

Η ετερογενής καταλυτική δράση στα μέταλλα Η ετερογενής καταλυτική δράση στα μέταλλα Τα μέταλλα των στοιχείων μετάπτωσης καταλύουν συνήθως: την υδρογόνωση ακόρεστων υδρογονανθράκων την υδρογόνωση του CO προς πλήθος βιομηχανικών προϊόντων την υδρογονόλυση

Διαβάστε περισσότερα

Μάθημα 16. ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ \ ΜΕ ΤΟΝ ΑΕΡΑ Η ατμοσφαιρική ρύπανση, το φαινόμενο του θερμοκηπίου, και η τρύπα του όζοντος. Η ρύπανση του αέρα

Μάθημα 16. ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ \ ΜΕ ΤΟΝ ΑΕΡΑ Η ατμοσφαιρική ρύπανση, το φαινόμενο του θερμοκηπίου, και η τρύπα του όζοντος. Η ρύπανση του αέρα Μάθημα 16 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ \ ΜΕ ΤΟΝ ΑΕΡΑ Η ατμοσφαιρική ρύπανση, το φαινόμενο του θερμοκηπίου, και η τρύπα του όζοντος Στο μάθημα αυτό θα αναφερθούμε στην ατμοσφαιρική ρύπανση και στις συνέπειές της. Επιπλέον,

Διαβάστε περισσότερα

ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ Σκοπός Εργαστηριακής Άσκησης Η παρατήρηση και η κατανόηση των μηχανισμών των οξειδοαναγωγικών δράσεων. Θεωρητικό Μέρος Οξείδωση ονομάζεται κάθε αντίδραση κατά την οποία συμβαίνει

Διαβάστε περισσότερα

ΧΗΜΕΙΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥΤΡΥΠΑ ΤΟΥ ΟΖΟΝΤΟΣ

ΧΗΜΕΙΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥΤΡΥΠΑ ΤΟΥ ΟΖΟΝΤΟΣ ΧΗΜΕΙΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥΤΡΥΠΑ ΤΟΥ ΟΖΟΝΤΟΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ Οποιαδήποτε αλλοίωση της φυσιολογικής σύστασης του αέρα που μπορεί να έχει βλαβερές επιπτώσεις

Διαβάστε περισσότερα

Εργασία Γεωλογίας και Διαχείρισης Φυσικών Πόρων

Εργασία Γεωλογίας και Διαχείρισης Φυσικών Πόρων Εργασία Γεωλογίας και Διαχείρισης Φυσικών Πόρων Αλμπάνη Βάλια Καραμήτρου Ασημίνα Π.Π.Σ.Π.Α. Υπεύθυνος Καθηγητής: Δημήτριος Μανωλάς Αθήνα 2013 1 Πίνακας περιεχομένων ΦΥΣΙΚΟΙ ΠΟΡΟΙ...2 Εξαντλούμενοι φυσικοί

Διαβάστε περισσότερα

3.2 Οξυγόνο. 2-3. Ποιες είναι οι φυσικές ιδιότητες του οξυγόνου. Οι φυσικές ιδιότητες του οξυγόνου εμφανίζονται στον παρακάτω πίνακα.

3.2 Οξυγόνο. 2-3. Ποιες είναι οι φυσικές ιδιότητες του οξυγόνου. Οι φυσικές ιδιότητες του οξυγόνου εμφανίζονται στον παρακάτω πίνακα. 93 Ερωτήσεις θεωρίας με απαντήσεις 3.2 Οξυγόνο 2-1. Ποιο είναι το οξυγόνο και πόσο διαδεδομένο είναι στη φύση. Το οξυγόνο είναι αέριο στοιχείο με μοριακό τύπο Ο 2. Είναι το πλέον διαδεδομένο στοιχείο στη

Διαβάστε περισσότερα

Υδροχημεία. Ενότητα 10: Οξείδωση - Αναγωγή. Ζαγγανά Ελένη Σχολή : Θετικών Επιστημών Τμήμα : Γεωλογίας

Υδροχημεία. Ενότητα 10: Οξείδωση - Αναγωγή. Ζαγγανά Ελένη Σχολή : Θετικών Επιστημών Τμήμα : Γεωλογίας Υδροχημεία Ενότητα 10: Οξείδωση - Αναγωγή Ζαγγανά Ελένη Σχολή : Θετικών Επιστημών Τμήμα : Γεωλογίας Σκοποί ενότητας Κατανόηση των οξειδοαναγωγικών φαινομένων, δυναμικό οξειδοαναγωγής Κατανόηση της διαδικασίας

Διαβάστε περισσότερα

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ. Γενικά περί ατµόσφαιρας

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ. Γενικά περί ατµόσφαιρας ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ Γενικά περί ατµόσφαιρας Τι είναι η ατµόσφαιρα; Ένα λεπτό στρώµα αέρα που περιβάλει τη γη Η ατµόσφαιρα είναι το αποτέλεσµα των διαχρονικών φυσικών, χηµικών και βιολογικών αλληλεπιδράσεων του

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 7 ΣΕΛΙΔΕΣ

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 7 ΣΕΛΙΔΕΣ ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ & Δ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΚΑΙ Δ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΑΒΒΑΤΟ 8 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 018 - ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΧΗΜΕΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

Διαβάστε περισσότερα

ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΩΝ ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΤΟΞΙΚΩΝ 0ΥΣΙΩΝ ΣΕ ΥΔΑΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΛΕΞΡΙΑ Ε.

ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΩΝ ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΤΟΞΙΚΩΝ 0ΥΣΙΩΝ ΣΕ ΥΔΑΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΛΕΞΡΙΑ Ε. ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΩΝ ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΤΟΞΙΚΩΝ 0ΥΣΙΩΝ ΣΕ ΥΔΑΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΑΛΕΞΡΙΑ Ε. ΒΥΜΙΩΤΗ ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη

Διαβάστε περισσότερα

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 13: Χημική κινητική

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 13: Χημική κινητική Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Χημεία Ενότητα 13: Χημική κινητική Αν. Καθηγητής Γεώργιος Μαρνέλλος e-mail: gmarnellos@uowm.gr Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται

Διαβάστε περισσότερα

1. Τί ονομάζουμε καύσιμο ή καύσιμη ύλη των ΜΕΚ; 122

1. Τί ονομάζουμε καύσιμο ή καύσιμη ύλη των ΜΕΚ; 122 Απαντήσεις στο: Διαγώνισμα στο 4.7 στις ερωτήσεις από την 1 η έως και την 13 η 1. Τί ονομάζουμε καύσιμο ή καύσιμη ύλη των ΜΕΚ; 122 Είναι διάφοροι τύποι υδρογονανθράκων ΗC ( υγρών ή αέριων ) που χρησιμοποιούνται

Διαβάστε περισσότερα

η βελτίωση της ποιότητας του αέρα στα κράτη µέλη της ΕΕ και, ως εκ τούτου, η ενεργός προστασία των πολιτών έναντι των κινδύνων για την υγεία που

η βελτίωση της ποιότητας του αέρα στα κράτη µέλη της ΕΕ και, ως εκ τούτου, η ενεργός προστασία των πολιτών έναντι των κινδύνων για την υγεία που Τεχνολογίες ελέγχου των εκποµπών των Συµβατικών Ατµοηλεκτρικών Σταθµών (ΣΑΗΣ) µε καύσιµο άνθρακα ρ. Αντώνιος Τουρλιδάκης Τµ. Μηχανολόγων Μηχανικών, Πανεπιστήµιο υτικής Μακεδονίας Τύποι εκποµπών που εκλύονται

Διαβάστε περισσότερα

Ανόργανη Χημεία. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ενότητα 4 η : Ιοντικοί Δεσμοί Χημεία Κύριων Ομάδων. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής

Ανόργανη Χημεία. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ενότητα 4 η : Ιοντικοί Δεσμοί Χημεία Κύριων Ομάδων. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων Ανόργανη Χημεία Ενότητα 4 η : Ιοντικοί Δεσμοί Χημεία Κύριων Ομάδων Οκτώβριος 2018 Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής Δόμηση Ηλεκτρονίων στα Ιόντα 2 Για τα στοιχεία

Διαβάστε περισσότερα

Μείγμα διαφόρων σωματιδίων σε αιώρηση

Μείγμα διαφόρων σωματιδίων σε αιώρηση ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Μείγμα διαφόρων σωματιδίων σε αιώρηση Τα σωματίδια στην ατμόσφαιρα διαφέρουν από τα αέρια. 1. Ένα αέριο αποτελείται από ξεχωριστά άτομα ή μόρια τα οποία είναι διαχωρισμένα ενώ ένα

Διαβάστε περισσότερα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ. Διπλωματική Εργασία

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ. Διπλωματική Εργασία ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Διπλωματική Εργασία Μελέτη της επίδρασης δομικών ενισχυτών (Ce, La) και των συνθηκών αντίδρασης κατά τη διάσπαση του Ν 2 Ο σε καταλύτες ευγενών

Διαβάστε περισσότερα

1 o ΓΕΛ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΥ ΚΟΡΔΕΛΙΟΥ ΧΗΜΕΙΑ A ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ, ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1- ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ-ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ - Τι πρέπει να γνωρίζουμε

1 o ΓΕΛ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΥ ΚΟΡΔΕΛΙΟΥ ΧΗΜΕΙΑ A ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ, ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1- ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ-ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ - Τι πρέπει να γνωρίζουμε 1 o ΓΕΛ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΥ ΚΟΡΔΕΛΙΟΥ ΧΗΜΕΙΑ A ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ, ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1- ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ-ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ - Τι πρέπει να γνωρίζουμε 1. Βασικά μεγέθη και μονάδες αυτών που θα χρησιμοποιηθούν

Διαβάστε περισσότερα

Περιβαλλοντικά Συστήματα Ενότητα 6: Το Φαινόμενο της Όξινης Βροχής

Περιβαλλοντικά Συστήματα Ενότητα 6: Το Φαινόμενο της Όξινης Βροχής Περιβαλλοντικά Συστήματα Ενότητα 6: Το Φαινόμενο της Όξινης Βροχής Χαραλαμπίδης Γεώργιος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε

Διαβάστε περισσότερα

Χημικές Αντιδράσεις. Εισαγωγική Χημεία

Χημικές Αντιδράσεις. Εισαγωγική Χημεία Χημικές Αντιδράσεις Εισαγωγική Χημεία Κατηγορίες Χημικών Αντιδράσεων Πέντε κυρίως κατηγορίες: Σύνθεσης Διάσπασης Απλής αντικατάστασης Διπλής αντικατάστασης Καύσης Αντιδράσεις σύνθεσης Ένωση δύο ή περισσότερων

Διαβάστε περισσότερα

Ονοματεπώνυμο: Χημεία Α Λυκείου Αριθμός Οξείδωσης Ονοματολογία Απλή Αντικατάσταση. Αξιολόγηση :

Ονοματεπώνυμο: Χημεία Α Λυκείου Αριθμός Οξείδωσης Ονοματολογία Απλή Αντικατάσταση. Αξιολόγηση : Ονοματεπώνυμο: Μάθημα: Υλη: Επιμέλεια διαγωνίσματος: Αξιολόγηση : Χημεία Α Λυκείου Αριθμός Οξείδωσης Ονοματολογία Απλή Αντικατάσταση Τσικριτζή Αθανασία Θέμα Α 1. Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση σε καθεμία

Διαβάστε περισσότερα

Επιφανειακή οξεοβασική κατάλυση

Επιφανειακή οξεοβασική κατάλυση Επιφανειακή οξεοβασική κατάλυση Μια μεγάλη κατηγορία στερεών καταλυτών εκδηλώνουν επιφανειακή οξεοβασική συμπεριφορά γ-αl 2 O 3, SiO 2, TiO 2, MgO, SiO 2 -Al 2 O 3, ζεόλιθοι Στην επιφάνεια τέτοιων οξειδίων

Διαβάστε περισσότερα

9η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ

9η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ 9η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ Από τη Χημεία, καταλύτης είναι ένα στοιχείο που με την παρουσία του βοηθά στην πραγματοποίηση μιας χημικής αντίδρασης, χωρίς o ίδιος να συμμετέχει σε αυτή. Στα αυτοκίνητα

Διαβάστε περισσότερα

ΒΑΡΙΑ ΜΕΤΑΛΛΑ ΚΑΙ ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ (Λύσεις και αντιμετώπιση της ρύπανσης από βαριά μέταλλα) ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ σ.

ΒΑΡΙΑ ΜΕΤΑΛΛΑ ΚΑΙ ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ (Λύσεις και αντιμετώπιση της ρύπανσης από βαριά μέταλλα) ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ σ. ΒΑΡΙΑ ΜΕΤΑΛΛΑ ΚΑΙ ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ (Λύσεις και αντιμετώπιση της ρύπανσης από βαριά μέταλλα) ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ σ. 2 ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΩΝ ΒΑΡΕΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ.σ.3 Η ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΑΠΟ ΤΑ

Διαβάστε περισσότερα

Βασικά σωματίδια της ύλης

Βασικά σωματίδια της ύλης 1 Βασικά σωματίδια της ύλης Τα βασικά σωματίδια της ύλης είναι τα άτομα, τα μόρια και τα ιόντα. «Άτομο ονομάζουμε το μικρότερο σωματίδιο της ύλης που μπορεί να πάρει μέρος στο σχηματισμό χημικών ενώσεων».

Διαβάστε περισσότερα

ΜΟΡΙΑΚO ΚOΣΚΙΝΟ ΖΕOΛΙΘΟΣ NaX

ΜΟΡΙΑΚO ΚOΣΚΙΝΟ ΖΕOΛΙΘΟΣ NaX Πανεπιστήμιο Κρήτης Τμήμα Επιστήμης & Τεχνολογίας Υλικών Εργαστήριο Χημείας Υλικών Γεράσιμος Αρματάς ΜΟΡΙΑΚO ΚOΣΚΙΝΟ ΖΕOΛΙΘΟΣ NaX ΖΕΟΛΙΘΟΙ Οι ζεόλιθοι (από το ζέω και λίθος) είναι μικροπορώδη, κρυσταλλικά

Διαβάστε περισσότερα

Κεφάλαιο 3 ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ

Κεφάλαιο 3 ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ Κεφάλαιο 3 ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ 3.1 Ενέργεια και οργανισμοί Όλοι οι οργανισμοί, εκτός από αυτούς από αυτούς που έχουν την ικανότητα να φωτοσυνθέτουν, εξασφαλίζουν ενέργεια διασπώντας τις θρεπτικές ουσιές που περιέχονται

Διαβάστε περισσότερα

Βιοκαύσιμα Αλκοόλες(Αιθανόλη, Μεθανόλη) Κιαχίδης Κυριάκος

Βιοκαύσιμα Αλκοόλες(Αιθανόλη, Μεθανόλη) Κιαχίδης Κυριάκος Βιοκαύσιμα Αλκοόλες(Αιθανόλη, Μεθανόλη) Κιαχίδης Κυριάκος Βιοκαύσιμα (Αλκοόλες) Η εξάντληση των αποθεμάτων του πετρελαίου και η ανάγκη για μείωση των αερίων του θερμοκηπίου ενισχύουν τη χρήση εναλλακτικών

Διαβάστε περισσότερα

Μεταλλικός δεσμός - Κρυσταλλικές δομές Ασκήσεις

Μεταλλικός δεσμός - Κρυσταλλικές δομές Ασκήσεις Μεταλλικός δεσμός - Κρυσταλλικές δομές Ασκήσεις Ποια από τις ακόλουθες προτάσεις ισχύει για τους μεταλλικούς δεσμούς; α) Οι μεταλλικοί δεσμοί σχηματίζονται αποκλειστικά μεταξύ ατόμων του ίδιου είδους μετάλλου.

Διαβάστε περισσότερα

ΚΛΙΜΑΤΙΚH ΑΛΛΑΓH Μέρος Α : Αίτια

ΚΛΙΜΑΤΙΚH ΑΛΛΑΓH Μέρος Α : Αίτια ΚΛΙΜΑΤΙΚH ΑΛΛΑΓH Μέρος Α : Αίτια Με τον όρο κλιματική αλλαγή αναφερόμαστε στις μεταβολές των μετεωρολογικών συνθηκών σε παγκόσμια κλίμακα που οφείλονται σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Η κλιματική αλλαγή

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 7 ΣΕΛΙΔΕΣ

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 7 ΣΕΛΙΔΕΣ ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΤΕΚΝΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΤΟΥ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ ΚΑΙ ΤΕΚΝΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΥΠΑΛΛΗΛΩΝ ΠΟΥ ΥΠΗΡΕΤΟΥΝ ΣΤΟ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 6 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 2019 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΧΗΜΕΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΣΥΝΟΛΟ

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΧΝΙΚΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ 5 ο ΕΞΑΜΗΝΟ

ΤΕΧΝΙΚΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ 5 ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΤΕΧΝΙΚΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ 5 ο ΕΞΑΜΗΝΟ Μελέτη της κινητικής αποχρωματισμού πρότυπων διαλυμάτων αζωχρωμάτων μέσω της καταλυτικής διάσπασης υπεροξειδίου του υδρογόνου σε αντιδραστήρα

Διαβάστε περισσότερα

Απώλειες των βιταμινών κατά την επεξεργασία των τροφίμων

Απώλειες των βιταμινών κατά την επεξεργασία των τροφίμων Απώλειες των βιταμινών κατά την επεξεργασία των τροφίμων Αποφλοίωση και καθαρισμός Πολλά φυτικά προϊόντα π.χ, μήλα, πατάτες χρειάζονται αποφλοίωση ή καθαρισμό μερικών τμημάτων τους πριν από την κατεργασία.

Διαβάστε περισσότερα

ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ 14 Ιουνίου 2013 ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Απαντήσεις Θεμάτων Επαναληπτικών Πανελληνίων Εξετάσεων Ημερησίων Γενικών Λυκείων Περιεχόμενα ΘΕΜΑ Α... 1 Α1. Β... 1 Α2. Γ... 1 Α3. Δ... 1 Α4. Α... 1 Α5. Α....

Διαβάστε περισσότερα

ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΟΝΙΟΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑΣ

ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΟΝΙΟΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΟΝΙΟΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑΣ Η πρώτη ύλη με τη μορφή σωματιδίων (κόνεως) μορφοποιείται μέσα σε καλούπια, με μηχανισμό που οδηγεί σε δομική διασύνδεση των σωματιδίων με πρόσδοση θερμότητας.

Διαβάστε περισσότερα

Τα Αίτια Των Κλιματικών Αλλαγών

Τα Αίτια Των Κλιματικών Αλλαγών Τα Αίτια Των Κλιματικών Αλλαγών Το Φαινόμενο του θερμοκηπίου Η τρύπα του όζοντος Η μόλυνση της ατμόσφαιρας Η μόλυνση του νερού Η μόλυνση του εδάφους Όξινη βροχή Ρύπανση του περιβάλλοντος Ραδιενεργός ρύπανση

Διαβάστε περισσότερα

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΧΗΜΕΙΑ / Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: Θεοδοσία Τσαβλίδου, Μαρίνος Ιωάννου ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΧΗΜΕΙΑ / Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: Θεοδοσία Τσαβλίδου, Μαρίνος Ιωάννου ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΧΗΜΕΙΑ / Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 26 04 2015 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: Θεοδοσία Τσαβλίδου, Μαρίνος Ιωάννου ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ 1 1.1 Στον επόμενο πίνακα δίνονται τα σημεία τήξης και τα

Διαβάστε περισσότερα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ Οργανικές ενώσεις Οργανική Χημεία είναι ο κλάδος της Χημείας που ασχολείται με τις ενώσεις του άνθρακα (C). Οργανικές ενώσεις ονομάζονται οι χημικές ενώσεις που

Διαβάστε περισσότερα

Διαλύματα - Περιεκτικότητες διαλυμάτων Γενικά για διαλύματα

Διαλύματα - Περιεκτικότητες διαλυμάτων Γενικά για διαλύματα Διαλύματα - Περιεκτικότητες διαλυμάτων Γενικά για διαλύματα Μάθημα 6 6.1. SOS: Τι ονομάζεται διάλυμα, Διάλυμα είναι ένα ομογενές μίγμα δύο ή περισσοτέρων καθαρών ουσιών. Παράδειγμα: Ο ατμοσφαιρικός αέρας

Διαβάστε περισσότερα

Α ΤΑΞΗ ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Α ΤΑΞΗ ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΑΡΧΗ 1 ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Α ΤΑΞΗ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 23/04/2014 - ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΧΗΜΕΙΑ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ: ΕΞΙ (6) ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Α Για τις ερωτήσεις Α1 έως Α4 να γράψετε στο τετράδιο σας το γράµµα που αντιστοιχεί

Διαβάστε περισσότερα

Κροκίδωση Συσσωμάτωση Χημική κατακρήμνιση Πηγή: Μαρία Λοϊζίδου, ΕΜΠ, Αθήνα 2006

Κροκίδωση Συσσωμάτωση Χημική κατακρήμνιση Πηγή: Μαρία Λοϊζίδου, ΕΜΠ, Αθήνα 2006 Κροκίδωση Συσσωμάτωση Χημική κατακρήμνιση Πηγή: Μαρία Λοϊζίδου, ΕΜΠ, Αθήνα 2006 Η χημική κατακρήμνιση βασίζεται στη λειτουργία της συσσωμάτωσης και κροκίδωσης των κολλοειδών σωματιδίων που υπάρχουν αρχικά

Διαβάστε περισσότερα

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΕΡΙΑ ΡΥΠΑΝΣΗ. Βλυσίδης Απόστολος Καθηγητής ΕΜΠ

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΕΡΙΑ ΡΥΠΑΝΣΗ. Βλυσίδης Απόστολος Καθηγητής ΕΜΠ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΕΡΙΑ ΡΥΠΑΝΣΗ Βλυσίδης Απόστολος Καθηγητής ΕΜΠ Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες,

Διαβάστε περισσότερα

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΑ ΧΗΜΕΙΑΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ (Δ. Δ.7 ο ) ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΥΛΗ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΑ ΧΗΜΕΙΑΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ (Δ. Δ.7 ο ) ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΥΛΗ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΑ ΧΗΜΕΙΑΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ (Δ. Δ.7 ο ) ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΥΛΗ ΘΕΜΑ 1 ο (7+8+10=25 μονάδες) 1) 2 mol HNO 3 (νιτρικού οξέος) περιέχουν: α) 6 άτομα οξυγόνου, β) 28g αζώτου, γ) 96g οξυγόνου, δ) 6 mol

Διαβάστε περισσότερα

Περιγραφή/Ορολογία Αίτια. Συνέπειες. Λύσεις. Το φωτοχημικό νέφος

Περιγραφή/Ορολογία Αίτια. Συνέπειες. Λύσεις. Το φωτοχημικό νέφος Π.Αρφάνης για ΕΠΑΛ ΑΡΓΥΡΟΥΠΟΛΗΣ 2011 Περιγραφή/Ορολογία Αίτια. Συνέπειες. Λύσεις. Το φωτοχημικό νέφος Γενικές γνώσεις. Ορολογία Τι είναι η Ατμοσφαιρική Ρύπανση; Είναι η ποιοτική και ποσοτική αλλοίωση της

Διαβάστε περισσότερα

Γ.Κονδύλη 1 & Όθωνος-Μ αρούσι Τ ηλ. Κέντρο: , /

Γ.Κονδύλη 1 & Όθωνος-Μ αρούσι Τ ηλ. Κέντρο: ,  / Γ.Κονδύλη 1 & Όθωνος-Μ αρούσι Τ ηλ. Κέντρο:210-61.24.000, http:/ / www.akadimos.gr ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ 2016 ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ Επιμέλεια θεμάτων: Βελαώρας Βασίλειος, Χημικός ΘΕΜΑ Α Για

Διαβάστε περισσότερα

είναι η επιβάρυνση του περιβάλλοντος (αέρα, νερού, εδάφους) με κάθε παράγοντα (ρύπο) που έχει βλαπτικές επιδράσεις στους οργανισμούς.

είναι η επιβάρυνση του περιβάλλοντος (αέρα, νερού, εδάφους) με κάθε παράγοντα (ρύπο) που έχει βλαπτικές επιδράσεις στους οργανισμούς. ΡΥΠΑΝΣΗ είναι η επιβάρυνση του περιβάλλοντος ρβ ς (αέρα, νερού, εδάφους) με κάθε παράγοντα (ρύπο) που έχει βλαπτικές επιδράσεις στους οργανισμούς. ΡΥΠΑΝΣΗ Κατηγορίες ρύπων: χημικές ουσίες μορφές ενέργειας

Διαβάστε περισσότερα

(είναι οι αντιδράσεις στις οποίες δεν μεταβάλλεται ο αριθμός οξείδωσης σε κανένα από τα στοιχεία που συμμετέχουν)

(είναι οι αντιδράσεις στις οποίες δεν μεταβάλλεται ο αριθμός οξείδωσης σε κανένα από τα στοιχεία που συμμετέχουν) Κατηγορίες Χημικών Αντιδράσεων Μεταθετικές Αντιδράσεις (είναι οι αντιδράσεις στις οποίες δεν μεταβάλλεται ο αριθμός οξείδωσης σε κανένα από τα στοιχεία που συμμετέχουν) l Αντιδράσεις εξουδετέρωσης Χαρακτηρίζονται

Διαβάστε περισσότερα

Τι ονομάζουμε χημικό στοιχείο; Δώστε ένα παράδειγμα. Ερώτηση θεωρίας. Τι ονομάζουμε χημική ένωση; Δώστε ένα παράδειγμα. Ερώτηση θεωρίας.

Τι ονομάζουμε χημικό στοιχείο; Δώστε ένα παράδειγμα. Ερώτηση θεωρίας. Τι ονομάζουμε χημική ένωση; Δώστε ένα παράδειγμα. Ερώτηση θεωρίας. ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΧΗΜΕΙΑ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 23-04-2017 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΜΑΡΙΝΟΣ ΙΩΑΝΝΟΥ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ο ΘΕΜΑ 1 1.1 Τα πρωτόνια που περιέχονται στον πυρήνα του στοιχείου Χ είναι κατά 1 λιγότερα

Διαβάστε περισσότερα

ΓΓ/Μ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΟΡΟΣΗΜΟ. Τεύχος 2ο: Υδρογονάνθρακες Πετρέλαιο Προϊόντα από υδρογονάνθρακες Αιθανόλη - Ζυμώσεις

ΓΓ/Μ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΟΡΟΣΗΜΟ. Τεύχος 2ο: Υδρογονάνθρακες Πετρέλαιο Προϊόντα από υδρογονάνθρακες Αιθανόλη - Ζυμώσεις ΓΓ/Μ2 05-06 ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΟΡΟΣΗΜΟ Τεύχος 2ο: Υδρογονάνθρακες Πετρέλαιο Προϊόντα από υδρογονάνθρακες Αιθανόλη - Ζυμώσεις 140 ΧΗΜΕΙΑ: Υδρογονάνθρακες- Πετρέλαιο - Προιόντα από υδρογονάνθρακες - Αιθανόλη

Διαβάστε περισσότερα

6. To στοιχείο νάτριο, 11Na, βρίσκεται στην 1η (IA) ομάδα και την 2η περίοδο του Περιοδικού Πίνακα.

6. To στοιχείο νάτριο, 11Na, βρίσκεται στην 1η (IA) ομάδα και την 2η περίοδο του Περιοδικού Πίνακα. Όλα τα Σωστό-Λάθος της τράπεζας θεμάτων για τη Χημεία Α Λυκείου 1. Το ιόν του νατρίου, 11 Νa +, προκύπτει όταν το άτομο του Na προσλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο. 2. Σε 2 mol NH 3 περιέχεται ίσος αριθμός μορίων

Διαβάστε περισσότερα

ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ. γ) Cl2 (ομοιοπολική ένωση) To μόριο του HCl έχει ηλεκτρονιακό τύπο: H( C

ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ. γ) Cl2 (ομοιοπολική ένωση) To μόριο του HCl έχει ηλεκτρονιακό τύπο: H( C ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ Αριθμός οξείδωσης (Α.Ο.: στις ιοντικές (ετεροπολικές ενώσεις, ονομάζεται το πραγματικό φορτίο που έχει ένα ιόν. στις ομοιοπολικές (μοριακές ενώσεις, ονομάζεται το φαινομενικό φορτίο που θα

Διαβάστε περισσότερα

ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑΔΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2019 Β ΦΑΣΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑΔΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2019 Β ΦΑΣΗ ΧΗΜΕΙΑ ΤΑΞΗ: Γ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ: ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΜΑΘΗΜΑ: ΧΗΜΕΙΑ Ημερομηνία: Σάββατο 20 Απριλίου 2019 Διάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες ΘΕΜΑ Α ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ Για τις προτάσεις Α1 έως και Α4 να γράψετε στο τετράδιό

Διαβάστε περισσότερα

Αντιδράσεις οξείδωσης αναγωγής οργανικών ενώσεων.

Αντιδράσεις οξείδωσης αναγωγής οργανικών ενώσεων. Αντιδράσεις οξείδωσης αναγωγής οργανικών ενώσεων. Οξείδωση είναι η αύξηση του αριθμού οξείδωσης ατόμου ή ιόντος. Αναγωγή είναι η ελάττωση του αριθμού οξείδωσης ατόμου ή ιόντος. Στην οργανική οξείδωση είναι

Διαβάστε περισσότερα

ΧΗΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ I (Ar, Mr, mol, N A, V m, νόμοι αερίων)

ΧΗΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ I (Ar, Mr, mol, N A, V m, νόμοι αερίων) ΧΗΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ I (Ar, Mr, mol, N A, V m, νόμοι αερίων) 1. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές. i. H σχετική ατομική μάζα μετριέται σε γραμμάρια. ii. H σχετική ατομική μάζα είναι

Διαβάστε περισσότερα

Ανόργανη Χημεία. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ενότητα 12 η : Υδατική ισορροπία Οξέα & βάσεις. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής

Ανόργανη Χημεία. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ενότητα 12 η : Υδατική ισορροπία Οξέα & βάσεις. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων Ανόργανη Χημεία Ενότητα 12 η : Υδατική ισορροπία Οξέα & βάσεις Οκτώβριος 2018 Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής Οι Έννοιες Οξύ Βάση: Η Θεωρία Brønsted - Lowry 2 Σύμφωνα

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 8 ΣΕΛΙΔΕΣ

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 8 ΣΕΛΙΔΕΣ ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ & Δ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΚΑΙ Δ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 6 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 2019 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΧΗΜΕΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

Διαβάστε περισσότερα

Εισαγωγή στην αεριοποίηση βιομάζας

Εισαγωγή στην αεριοποίηση βιομάζας ΕΘΝΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ & ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΠΟΡΩΝ Κεντρικό: 6 ο χλμ. oδού Χαριλάου-Θέρμης Τ.Θ. 60361 570 01 Θέρμη, Θεσσαλονίκη Τηλ.: 2310-498100 Fax: 2310-498180

Διαβάστε περισσότερα

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 8 η : Υγρά, Στερεά & Αλλαγή Φάσεων. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 8 η : Υγρά, Στερεά & Αλλαγή Φάσεων. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων Ανόργανη Χημεία Ενότητα 8 η : Υγρά, Στερεά & Αλλαγή Φάσεων Οκτώβριος 2018 Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής Πολικοί Ομοιοπολικοί Δεσμοί & Διπολικές Ροπές 2 Όπως έχει

Διαβάστε περισσότερα

Τύποι Χημικών αντιδράσεων

Τύποι Χημικών αντιδράσεων Τύποι Χημικών αντιδράσεων 1. Αντιδράσεις καταβύθισης: Ανάμιξη διαλυμάτων δύο ιοντικών ουσιών και σχηματισμός στερεάς ιοντικής ουσίας (ίζημα) 2. Αντιδράσεις οξέων βάσεων: Βάση και οξύ αντιδρούν με μεταφορά

Διαβάστε περισσότερα

Κωνσταντίνος Π. (Β 2 ) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ

Κωνσταντίνος Π. (Β 2 ) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ Κωνσταντίνος Π. (Β 2 ) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ Βιοενεργητική είναι ο κλάδος της Βιολογίας που μελετά τον τρόπο με τον οποίο οι οργανισμοί χρησιμοποιούν ενέργεια για να επιβιώσουν και να υλοποιήσουν τις

Διαβάστε περισσότερα

Ο πυρήνας του ατόμου

Ο πυρήνας του ατόμου Ο πυρήνας του ατόμου Αρχές 19 ου αιώνα: Η ανακάλυψη της ραδιενέργειας, (αυθόρμητης εκπομπής σωματιδίων και / ή ακτινοβολίας από στοιχεία), βοήθησε τα μέγιστα στην έρευνα της δομής του ατόμου. Ποια είδη

Διαβάστε περισσότερα

Σύντομη περιγραφή του πειράματος

Σύντομη περιγραφή του πειράματος Σύντομη περιγραφή του πειράματος Μέρος Ι: Μέτρηση του ΡΗ της βροχής από τρεις διαφορετικές περιοχές (βιομηχανική περιοχή, κέντρο αστικής πόλης, βουνό) και επίδραση των νερών αυτών σε μάρμαρο και μέταλλο.

Διαβάστε περισσότερα

Περιοδικό Σύστημα Ιστορική Εξέλιξη

Περιοδικό Σύστημα Ιστορική Εξέλιξη Περιοδικό Σύστημα Ιστορική Εξέλιξη Newlands (1864): ταξινόμηση στοιχείων κατά αύξουσα ατομική μάζα και σε οκτάβες H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Cr Ti Mn Fe Meyer (1865): σχέση ιδιοτήτων και

Διαβάστε περισσότερα

EL Eνωμένη στην πολυμορφία EL B8-0156/28. Τροπολογία. Anja Hazekamp, Younous Omarjee εξ ονόματος της Ομάδας GUE/NGL

EL Eνωμένη στην πολυμορφία EL B8-0156/28. Τροπολογία. Anja Hazekamp, Younous Omarjee εξ ονόματος της Ομάδας GUE/NGL 11.3.2019 B8-0156/28 28 Αιτιολογική σκέψη Γ α (νέα) Γ α. λαμβάνοντας υπόψη ότι ο σχηματισμός δευτερευόντων αιωρούμενων σωματιδίων είναι αποτέλεσμα σειράς χημικών και φυσικών αντιδράσεων μεταξύ διάφορων

Διαβάστε περισσότερα

Α. Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης

Α. Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης 1 Δ ι δ ακ τ ι κ ή Ε ν ό τ η τ α: Οξειδοαναγωγικές Αντιδράσεις Α. Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης Ορισμός Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης είναι οι αντιδράσεις στις οποίες ένα στοιχείο (μέταλλο ή αμέταλλο)

Διαβάστε περισσότερα

Χημεία Α ΓΕΛ 15 / 04 / 2018

Χημεία Α ΓΕΛ 15 / 04 / 2018 Α ΓΕΛ 15 / 04 / 2018 Χημεία ΘΕΜΑ Α Για τις ερωτήσεις Α1 έως Α4 να γράψετε στο τετράδιο σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση: A1. Το χημικό στοιχείο Χ ανήκει

Διαβάστε περισσότερα

ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΧΗΜΕΙΑΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ 2015-16

ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΧΗΜΕΙΑΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ 2015-16 ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΧΗΜΕΙΑΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ 205-6 ΔΕΙΚΤΕΣ ΕΠΙΤΥΧΙΑΣ Οι μαθητές και οι μαθήτριες θα πρέπει να είναι σε θέση: ΔΕΙΚΤΕΣ ΕΠΑΡΚΕΙΑΣ Διδ. περ. Σύνολο διδ.περ.. Η συμβολή της Χημείας στην εξέλιξη του πολιτισμού

Διαβάστε περισσότερα

ΜΙΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΤΗ ΒΔΟΜΑΔΑ ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΣΤΟΧΟΙ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ

ΜΙΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΤΗ ΒΔΟΜΑΔΑ ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΣΤΟΧΟΙ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ - B ΤΑΞΗ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΓΡΑΦΕΙΑ ΕΠΙΘΕΩΡΗΤΩΝ ΜΕΣΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΛΕΥΚΩΣΙΑ ΜΙΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΤΗ ΒΔΟΜΑΔΑ ΣΧΟΛΙΚΗ ΧΡΟΝΙΑ 2007-2008 ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΣΤΟΧΟΙ

Διαβάστε περισσότερα

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2015 Β ΦΑΣΗ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ÏÅÖÅ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2015 Β ΦΑΣΗ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ÏÅÖÅ ΤΑΞΗ: ΜΑΘΗΜΑ: ΘΕΜΑ Α Α ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΧΗΜΕΙΑ Ηµεροµηνία: Κυριακή 26 Απριλίου 2015 ιάρκεια Εξέτασης: 2 ώρες ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ Να γράψετε στο τετράδιο σας τον αριθµό κάθε µίας από τις ερωτήσεις A1 έως A5 και δίπλα

Διαβάστε περισσότερα

Όπως έγινε κατανοητό, το φαινόμενο του θερμοκηπίου, στις φυσικές του διαστάσεις, δεν είναι επιβλαβές, αντίθετα είναι ζωτικής σημασίας για τη

Όπως έγινε κατανοητό, το φαινόμενο του θερμοκηπίου, στις φυσικές του διαστάσεις, δεν είναι επιβλαβές, αντίθετα είναι ζωτικής σημασίας για τη 2.12 Το φαινόμενο του θερμοκηπίου Δεχόμενοι σχεδόν καθημερινά ένα καταιγισμό συγκεχυμένων πληροφοριών, πολλοί από μας έχουν ταυτίσει το φαινόμενο του θερμοκηπίου με την κλιματική αλλαγή. Όπως θα εξηγήσουμε

Διαβάστε περισσότερα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Κυψέλες καυσίμου με απευθείας τροφοδοσία φυσικού αερίου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας:

Διαβάστε περισσότερα

Επίδραση των οξέων στα μέταλλα και το μάρμαρο

Επίδραση των οξέων στα μέταλλα και το μάρμαρο Επίδραση των οξέων στα μέταλλα και το μάρμαρο Επίδραση των οξέων στα μέταλλα Τα μέταλλα που είναι πιο δραστικά από το υδρογόνο (εκτός από το Pb) αντικαθιστούν το υδρογόνο στα οξέα (με εξαίρεση το HNO 3

Διαβάστε περισσότερα

ΔΡ. Α. ΞΕΝΙΔΗΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 10. ΚΑΥΣΙΜΑ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΙΚΑ ΜΕΣΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΜΕΣΗ ΑΝΑΓΩΓΗ

ΔΡ. Α. ΞΕΝΙΔΗΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 10. ΚΑΥΣΙΜΑ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΙΚΑ ΜΕΣΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΜΕΣΗ ΑΝΑΓΩΓΗ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ ΣΙΔΗΡΟΥ Ι Μεταλλουργία Σιδήρου Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία Τμήμα Μηχανικών Μεταλλείων - Μεταλλουργών ΔΡ. Α. ΞΕΝΙΔΗΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 10. ΚΑΥΣΙΜΑ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΙΚΑ ΜΕΣΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΜΕΣΗ ΑΝΑΓΩΓΗ ΑΔΕΙΑ

Διαβάστε περισσότερα

3. Υπολογισμοί με Χημικούς Τύπους και Εξισώσεις

3. Υπολογισμοί με Χημικούς Τύπους και Εξισώσεις 3. Υπολογισμοί με Χημικούς Τύπους και Εξισώσεις ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ: Μοριακή μάζα και τυπική μάζα μιας ουσίας Η έννοια του mole Εκατοστιαία περιεκτικότητα από το χημικό τύπο Στοιχειακή ανάλυση: Εκατοστιαία περιεκτικότητα

Διαβάστε περισσότερα

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΤΗ ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΤΟΥ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ ΑΝΟΔΙΩΣΗ

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΤΗ ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΤΟΥ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ ΑΝΟΔΙΩΣΗ Εισαγωγή ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΤΗ ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΤΟΥ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ ΑΝΟΔΙΩΣΗ Το γαλβανικό κελί (γαλβανική διάβρωση) είναι μια ηλεκτροχημική αντίδραση οξείδωσης-αναγωγής (redox), η οποία συμβαίνει όταν δύο ανόμοια μέταλλα

Διαβάστε περισσότερα

ΧΗΜΕΙΑ Γ' ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ. + SO 4 Βάσεις είναι οι ενώσεις που όταν διαλύονται σε νερό δίνουν ανιόντα υδροξειδίου (ΟΗ - ). NaOH Na

ΧΗΜΕΙΑ Γ' ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ. + SO 4 Βάσεις είναι οι ενώσεις που όταν διαλύονται σε νερό δίνουν ανιόντα υδροξειδίου (ΟΗ - ). NaOH Na ΧΗΜΕΙΑ Γ' ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΟΞΕΩΝ Αλλάζουν το χρώμα των δεικτών. Αντιδρούν με μέταλλα και παράγουν αέριο υδρογόνο (δες απλή αντικατάσταση) Αντιδρούν με ανθρακικά άλατα και παράγουν αέριο CO2. Έχουν όξινη

Διαβάστε περισσότερα

Κατηγορίες οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων.

Κατηγορίες οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων. Κατηγορίες οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων. 1) Αντιδράσεις σύνθεσης: Στις αντιδράσεις αυτές δύο ή περισσότερα στοιχεία ενώνονται προς σχηματισμό μιας χημικής ένωσης. π.χ. C + O 2 CO 2 2) Αντιδράσεις αποσύνθεσης:

Διαβάστε περισσότερα