Χημεία και Τεχνολογία Υλικών

Transcript

1 Χημεία και Τεχνολογία Υλικών Σύνθεση στερεών καταλυτών Χρήστος Κορδούλης

2 Καταλύτες Σώματα που επιταχύνουν επιθυμητές χημικές αντιδράσεις χωρίς τα ίδια να καταναλώνονται

3 Καταλυτικός Μετατροπέας 2 CO + O 2 2 CO 2 4 C X H y + (4x + y)o 2 4x CO 2 + 2y H 2 O 2 NO + 2 CO N 2 + CO 2

4 Καταλυτικός Μετατροπέας

5 μετατροπή / % Κατάλυση & Προστασία του Περιβάλλοντος 100 0,90 0,95 1,00 1,05 λ Καταλυτικός Μετατροπέας NO x παράθυρο λειτουργίας ΠΡΟΣΟΧΗ HC CO 0 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 A/F Η ΣΩΣΤΗ λειτουργία απαιτεί λ = 1

6 Φωτοκατάλυση Επεξεργασία Υγρών Αποβλήτων h v / καταλύτης Οργανικοί Ρύποι CO2 H2O

7 Αξιολόγηση της καταλυτικής συμπεριφοράς στερεών καταλυτών και κινητική των αντιδράσεων που συμβαίνουν στην επιφάνειά τους Καταλυτικά Υλικά Δομή και μορφολογία των στερεών καταλυτών Μέθοδοι παρασκευής στερεών καταλυτών Μέθοδοι φυσικοχημικού χαρακτηρισμού των στερεών καταλυτών

8 Δομή των Στερεών Καταλυτών Δραστική φάση Ενισχυτής Φορέας (τροποποιητές, σταθεροποιητές) Υπόστρωμα (Κεραμικό ή μεταλλικό)

9 Μορφολογία και υφή Μέγεθος και Σχήμα Μέγεθος επιφάνειας

10 Μέγεθος και Κατανομή Μεγέθους Πόρων

11 Μέγεθος Σωματιδίων Δραστικής Φάσης

12 Μακροκατανομή δραστικής φάσης

13 Παρασκευή στερεών καταλυτών Καθίζηση Γήρανση Πηκτοποίηση Διαχωρισμός Έκπλυση Παρασκευή Φορέων, μη Στηριγμένων και Στηριγμένων Καταλυτών χωρίς τη χρήση προϋπάρχοντος φορέα Ξήρανση Πύρωση Ενεργοποίηση Μορφοποίηση

14 Συγκέντρωση Παρασκευή στερεών Καταλυτών και Φορέων Καθίζηση Ομογενής πυρηνογένεση: έμβρυα Πυρήνες κρυστάλλωσης Ετερογενής πυρηνογένεση: Προσμίξεις ή σπορά ασταθής περιοχή Κρυσταλλική ανάπτυξη 1 Ακόρεστο διάλυμα μετασταθής περιοχή καμπύλη υπερδιαλυτότητας καμπύλη διαλυτότητας ph

15 Παρασκευή στερεών Καταλυτών και Φορέων Καθίζηση Γήρανση Πηκτοποίηση Διαχωρισμός Έκπλυση Ξήρανση Παρασκευή Φορέων, μη Στηριγμένων και Στηριγμένων Καταλυτών χωρίς τη χρήση προϋπάρχοντος φορέα Πύρωση Ενεργοποίηση Μορφοποίηση

16 Παρασκευή στερών Καταλυτών και Φορέων O - Si O - O - O - O - Πηκτοποίηση O - Si O Si O - O - O - O - Πολυμερισμός Συμπύκνωση Παράδειγμα: Υδροπήκτωμα σίλικας Si O H3O Si OH H2 Si O SiOH Si O Si O OH OH OH OH OH OH Si Si Si Si Si O O O O O O O O O O O Si Si Si Si OH Si O O μικύλλα ph 7-10 γαλάκτωμα σίλικας (sol)

17 Παρασκευή στερεών Καταλυτών και Φορέων O - Si O - O - O - O - Πηκτοποίηση O - Si O Si O - O - O - O - Πολυμερισμός Συμπύκνωση Παράδειγμα: Υδροπήκτωμα σίλικας Si O H3O Si OH H2 Si O SiOH Si O Si O OH μικύλλα ph 7-10 υδροπήκτωμα συναίρεση δίκτυα μικύλλων μείωση ph / συμπύκνωση γαλάκτωμα σίλικας (sol)

18 Καθίζηση Παρασκευή στερεών Καταλυτών και Γήρανση Πηκτοποίηση Διαχωρισμός Έκπλυση Φορέων Ξήρανση Παρασκευή Φορέων, μη Στηριγμένων και Στηριγμένων Καταλυτών χωρίς τη χρήση προϋπάρχοντος φορέα Πύρωση Ενεργοποίηση Μορφοποίηση

19 Παρασκευή στερεών Καταλυτών και Φορέων Γήρανση Υδροθερμικοί μετασχηματισμοί Αύξηση μεγέθους μικροτεμαχιδίων Μεταβολή κρυσταλλικής δομής Μετατροπή άμορφου ιζήματος σε μικροκρυσταλλικό

20 Παρασκευή στερεών Καταλυτών και Φορέων Καθίζηση Γήρανση Πηκτοποίηση Διαχωρισμός Έκπλυση Ξήρανση Παρασκευή Φορέων, μη Στηριγμένων και Στηριγμένων Καταλυτών χωρίς τη χρήση προϋπάρχοντος φορέα Πύρωση Ενεργοποίηση Μορφοποίηση

21 Παρασκευή στερεών Καταλυτών και Φορέων Καθίζηση Γήρανση Πηκτοποίηση Διαχωρισμός Έκπλυση Ξήρανση Παρασκευή Φορέων, μη Στηριγμένων και Στηριγμένων Καταλυτών χωρίς τη χρήση προϋπάρχοντος φορέα Πύρωση Ενεργοποίηση Μορφοποίηση

22 Παρασκευή στερεών Καταλυτών και Φορέων Ξήρανση Ξήρανση ιζημάτων: όχι ιδιαίτερα προβλήματα Ξήρανση πηκτωμάτων: σημαντική επίδραση στην πορώδη δομή Τριχοειδής πίεση: p 2 r Επιλογή διαλύτη με μικρό σ, Ξήρανση Ψύξη - Εξάχνωση Ξηροπήκτωμα Κρυοπήκτωμα Επιλογή διαλύτη Ξήρανση σε κρίσιμες συνθήκες Τ, P Αεροπήκτωμα

23 Παρασκευή στερεών Καταλυτών και Φορέων Καθίζηση Γήρανση Πηκτοποίηση Διαχωρισμός Έκπλυση Ξήρανση Παρασκευή Φορέων, μη Στηριγμένων και Στηριγμένων Καταλυτών χωρίς τη χρήση προϋπάρχοντος φορέα Πύρωση Ενεργοποίηση Μορφοποίηση

24 Παρασκευή στερεών Καταλυτών και Φορέων Πύρωση Δύο κύριοι λόγοι: Μετατροπή του ιζήματος (υδροξείδιο) σε οξείδιο Σταθεροποίηση της υφής στις υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας Σημαντική επίδραση: Είδος τελικής στερεάς φάσης Πορώδη δομή

25 Παρασκευή στερεών Καταλυτών και Φορέων Καθίζηση Γήρανση Πηκτοποίηση Διαχωρισμός Έκπλυση Ξήρανση Παρασκευή Φορέων, μη Στηριγμένων και Στηριγμένων Καταλυτών χωρίς τη χρήση προϋπάρχοντος φορέα Πύρωση Ενεργοποίηση Μορφοποίηση

26 Παρασκευή στερεών Καταλυτών και Φορέων Καθίζηση Γήρανση Πηκτοποίηση Διαχωρισμός Έκπλυση Ξήρανση Παρασκευή Φορέων, μη Στηριγμένων και Στηριγμένων Καταλυτών χωρίς τη χρήση προϋπάρχοντος φορέα Πύρωση Ενεργοποίηση Μορφοποίηση

27 Παρασκευή Στηριγμένων Καταλυτών 1. Εναποτίθενται τα πρόδρομα ιόντα της δραστικής φάσης στην επιφάνεια προσχηματισμένου φορέα. 2. Παρασκευάζονται ταυτόχρονα οι πρόδρομες φάσεις του φορέα και της δραστικής φάσης με μια διαδικασία συγκαθίζησης ή συμπηκτοποίησης.

28 Παρασκευή Καταλύτη Ni/ZrO 2 με Συγκαθίζηση 1. Πρώτες ύλες: Zr(NO 3 ) 2, Ni(NO 3 ) 2, Διαλ. ΝΗ 4 ΟΗ & H 2 O. 2. Συνθήκες: ph=7.