ΧΡΗΣΗ ΠΑΡΑΠΡΟЇΟΝΤΩΝ ΜΟΝΑ ΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΡΥΖΙΟΥ ΓΙΑ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΚΑΘΑΡΟΥ ΟΞΕΙ ΙΟΥ ΤΟΥ ΠΥΡΙΤΙΟΥ Σ. Βουβουλής 1, Ο. Μπερεκετίδου 1,2, Μ. Α. Γούλα 1,* 1 Τµήµα Τεχνολογιών Αντιρρύπανσης, Σχολή Τεχνολογικών Εφαρµογών, Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα υτικής Μακεδονίας, 50100, Κοίλα Κοζάνης, mgoula@teikoz.gr 2 Τµήµα Μηχανικών ιαχείρισης Ενεργειακών Πόρων, Πανεπιστήµιο υτικής Μακεδονίας, Μπακόλα και Σιαλβέρα, 50100, Κοζάνη ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το κύριο παραπροϊόν µιας µονάδας παραγωγής ρυζιού είναι ο φλοιός, που κύρια αποτελείται από οξείδιο του πυριτίου και άνθρακα προερχόµενα από την θερµική διάσπαση των κυτταρινούχων ενώσεων. Η παγκόσµια παραγωγή του υπολογίζεται περίπου στα 100 εκατοµµύρια τόνους, ενώ ένα ποσοστό 90% αυτού παράγεται στις αναπτυσσόµενες χώρες. Η τέφρα φλοιού ρυζιού µέσω διεργασιών που περιλαµβάνουν έκπλυση µε οξύ, καύση και αποµάκρυνση του άνθρακα µπορεί να µετατραπεί σε καθαρό οξείδιο του πυριτίου (SiO 2 ) µεγάλης ειδικής επιφάνειας και πορώδους όγκου, όπως και υψηλού σηµείου τήξεως. Οι παραπάνω ιδιότητες καθιστούν τον φλοιό ρυζιού µια αρκετά ελκυστική πρώτη ύλη για την παραγωγή υλικών όπως φυλλόµορφο καρβίδιο του πυριτίου, νιτρίδιο του πυριτίου, καθαρού πυριτίου ως υλικού για χρήση σε φωτοβολταϊκά και για επιφανειακή κάλυψη σκυροδέµατος ή τσιµέντου. Επιπλέον, το συγκεκριµένο υλικό καλύπτει τις προδιαγραφές για την χρήση του ως φορέα στην παρασκευή στηριζόµενων καταλυτών, µε την προϋπόθεση ότι αυτό διατηρεί την υψηλή τιµή της ειδικής επιφάνειας και του πορώδους όγκου στην περιοχή θερµοκρασιών όπου αυτοί πρόκειται να χρησιµοποιηθούν. Τέφρα φλοιού ρυζιού χρησιµοποιήθηκε ως πρώτη ύλη για την παρασκευή καθαρού οξειδίου του πυριτίου (SiO 2 ), ενώ βιοµηχανικά παρασκευασµένο υλικό χρησιµοποιήθηκε επίσης για την περαιτέρω µελέτη των προαναφερόµενων υλικών ως προς τα αποτελέσµατα των τεχνικών χαρακτηρισµού τους. Επιφανειακές και κλασσικές τεχνικές, όπως η µέτρηση της ειδικής επιφάνειας και της κατανοµής του µεγέθους των πόρων (ΒΕΤ), αλλά και η φύση των κρυσταλλικών φάσεων (XRD) χρησιµοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισµό των υλικών. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η σύγκριση των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων των υλικών που µπορούν δυνητικά να χρησιµοποιηθούν ως φορείς για την παρασκευή στηριζόµενων καταλυτών, την προερχόµενη από φλοιό ρυζιού επεξεργασµένη τέφρα και του βιοµηχανικά παρασκευασµένου οξειδίου του πυριτίου, για ποικιλία καταλυτικών αντιδράσεων µετά από εναπόθεση διαφορετικών ενεργών ιόντων στην επιφάνειά τους..
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Έπειτα από την ενεργειακή κρίση στις αρχές του 1970, η χρήση της ενέργειας από πηγές της βιοµάζας, γνωστή ως ενέργεια βιοµάζας, έχει αποκτήσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Η ενέργεια που προέρχεται από γεωργικά απόβλητα είναι µια µορφή ανανεώσιµης πηγής ενέργειας, ενώ η χρήση της δεν οδηγεί σε εκποµπές διοξειδίου του άνθρακα στην ατµόσφαιρα σε αντίθεση µε τα συµβατικά καύσιµα. Εξαιτίας της µικρής περιεκτικότητας σε θείο και άζωτο στα απόβλητα της βιοµάζας, η ενεργειακή χρήση της δεν επιβαρύνει το φαινόµενο του θερµοκηπίου και τη δηµόσια υγεία, συγκρίνοντάς τη µε την καύση των συµβατικών καυσίµων. Ο φλοιός ρυζιού είναι µια από τις πιο εύκολα ευρισκόµενες αλλά και τις λιγότερο χρησιµοποιούµενες πηγές βιοµάζας, καθώς θεωρείται ιδανικό καύσιµο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Όπως όλα τα απόβλητα προερχόµενα από βιοµάζα, ο φλοιός του ρυζιού περιέχει υψηλό ποσοστό οργανικών ενώσεων (κυτταρίνη και λιγνίνη) που αντιστοιχεί σε υψηλή ενεργειακή περιεκτικότητα. Εποµένως, µπορεί να θεωρηθεί ως ανανεώσιµη πηγή ενέργειας, στηριζόµενη ταυτόχρονα σε οφέλη λόγω ανάκτησης ενέργειας και προστασίας του περιβάλλοντος. Παγκόσµια, περίπου 600 εκατοµµύρια τόνοι ρυζιού παράγονται κάθε χρόνο. Περίπου το 20% από αυτά κατά µέσο όρο αντιστοιχούν σε φλοιό (rice husk), δίνοντας έτσι µια συνολική παραγωγή 120 εκατοµµυρίων τόνων φλοιού ρυζιού ετησίως. Στην πλειονότητά τους οι χώρες παραγωγής ρυζιού είτε καίνε ανεξέλεγκτα την ποσότητα αυτή του φλοιού, είτε την απορρίπτουν ως απόβλητο. Η δυνατότητα ανάκτησης ενέργειας από τον φλοιό ρυζιού έχει µεγάλη εφαρµογή, ιδιαίτερα στις χώρες που έχουν άµεση εξάρτηση από την εισαγωγή πετρελαίου για την κάλυψη των ενεργειακών τους αναγκών. Ο φλοιός ρυζιού έχει ασυνήθιστα υψηλό ποσοστό τέφρας σε σύγκριση µε τα άλλα καύσιµα βιοµάζας που αντιστοιχεί σχεδόν στο 20%. Η τέφρα αυτή περιέχει περίπου 92 95% σε πυρίτιο, µε µικρό ειδικό βάρος και µεγάλη ειδική επιφάνεια. Έχει απορροφητικές και µονωτικές ιδιότητες και είναι πολύ χρήσιµη σε πολλές βιοµηχανικές εφαρµογές. Τέφρα φλοιού ρυζιού (RHA) είναι ένας όρος που περιγράφει όλους τους τύπους της τέφρας που παράγονται από την καύση των φλοιών ρυζιού. Η τέφρα του φλοιού ρυζιού είναι εµπλουτισµένη σε σίλικα και αποτελεί µια οικονοµική πρώτη ύλη για την παραγωγή καθαρής σίλικας. Πρακτικά οι κατηγορίες της παραγόµενης τέφρας ποικίλουν ανάλογα µε την τεχνική της καύσης. Το οξείδιο του πυριτίου (SiO 2 ) που περιέχεται στην τέφρα υποβάλλεται σε µετασχηµατισµό της δοµής ανάλογα µε τις συνθήκες της καύσης (χρόνος, θερµοκρασία κ.λ.π.). Σε περιοχές θερµοκρασιών µεταξύ 550 0 C 900 0 C διαµορφώνεται άµορφη σίλικα, ενώ σε µεγαλύτερες θερµοκρασίες το υλικό µετασχηµατίζεται και αλλάζει κρυσταλλική δοµή. Αυτές οι κατηγορίες οξειδίου του πυριτίου (SiO 2 ) έχουν διαφορετικές ιδιότητες και σε κάθε περίπτωση είναι σηµαντικό να παράγεται υλικό µε κατάλληλα χαρακτηριστικά για την συγκεκριµένη χρήση [1,2,3]. Υπάρχουν διάφορες µέθοδοι για την παραγωγή οξειδίου του πυριτίου από βιοµάζα. Πολλοί ερευνητές αναφέρουν ότι προκατεργασία µε οξύ πριν τη θερµική επεξεργασία αποτελεί το βασικότερο στάδιο για την παραγωγή καθαρής σίλικας. Οξείδιο του πυριτίου (SiO 2 ) υψηλής ειδικής επιφάνειας και χαµηλής περιεκτικότητας σε µέταλλα επιτυγχάνεται µε έκπλυση µε υδροχλωρικό οξύ και καύση σε θερµοκρασία 650 0 C. H παραγόµενη σίλικα από την συγκεκριµένη διεργασία έχει άµορφη δοµή και θεωρείται ιδιαίτερα δραστική για χρήση ως φορέας στηριζόµενων καταλυτών σε ποικίλες καταλυτικές αντιδράσεις.
2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 2.1 Προεπεξεργασία της πρώτης ύλης Ως πρώτη ύλη για τη διεργασία χρησιµοποιήθηκε τέφρα φλοιού ρυζιού (rice husk ash) προερχόµενη από καύση φλοιού ρυζιού µονάδας παραγωγής ρυζιού στην Ελλάδα. Η ποσότητα της τέφρας φλοιού ρυζιού αρχικά ξεπλένεται µε απεσταγµένο νερό µε µεγάλη προσοχή µε στόχο την αποµάκρυνση των ακαθαρσιών που περιέχονται σε αυτή. Στη συνέχεια ακολουθεί ξήρανση σε πυριαντήριο (drying oven) στους 110 0 C για 24 ώρες για την εξάτµιση του διαλύτη [4,5,6,7]. 2.2 Χηµική επεξεργασία Η χηµική επεξεργασία αρχικά περιλαµβάνει την έκπλυση µε ισχυρό υδροχλωρικό οξύ (HCl). Η τέφρα που έχει υποστεί ξήρανση προστίθεται σιγά-σιγά σε σφαιρική φιάλη (glass-round bottom flask) που περιέχει αντίστοιχη ποσότητα του χρησιµοποιούµενου υδροχλωρικού οξέος. Η έκπλυση µε το οξύ (3Ν HCl) πραγµατοποιείται για 1 h στους 373 Κ (100 0 C). Μετά το πέρας της έκπλυσης µε το οξύ, ακολουθεί διήθηση και ξέπλυµα της ουσίας µε ζεστό απεσταγµένο νερό. Χρησιµοποιείται συσκευή διήθησης µε χρήση κατάλληλων ηθµών, ενώ απαιτείται θέρµανση του απεσταγµένου νερού. Πραγµατοποιούνται συνεχόµενες πλύσεις µε απεσταγµένο νερό, ώστε το τελικό διήθηµα να µην περιέχει καθόλου οξύ. Απαραίτητη θεωρείται η χρήση πεχαµετρικού χαρτιού για έλεγχο της µεταβολής του ph. Στη συνέχεια ακολουθεί νέα ξήρανση στο πυριαντήριο (drying oven) για 24 h στους 373 Κ (100 0 C) [4,5,6,7]. 2.3 Καύση Το τελικό στάδιο περιλαµβάνει καύση του υλικού σε φούρνο υψηλών θερµοκρασιών σε δύο διαφορετικές θερµοκρασίες: Σε θερµοκρασία T 1 = 900 0 C για 4 h (RHA α ) Σε θερµοκρασία T 2 = 650 0 C για 4 h.(rha β ) 2.4 Μέτρηση ειδικής επιφάνειας Κατανοµή µεγέθους πόρων Ο προσδιορισµός της ειδικής επιφάνειας, του όγκου και της κατανοµής µεγέθους των πόρων, πραγµατοποιείται µε στατική ογκοµετρική φυσική προσρόφηση αερίου αζώτου (Ν 2 ) στην θερµοκρασία υγροποίησής του (77 Κ). Από τα δεδοµένα της προσρόφησης υπολογίζεται η ποσότητα του αερίου που απαιτείται για µονοµοριακή κάλυψη της επιφάνειας του στερεού. Ακολούθως από την επιφάνεια που καλύπτει ένα προσροφηµένο µόριο υπολογίζεται η ειδική επιφάνεια του στερεού. Έχουν αναπτυχθεί διάφορες θεωρίες για τον προσδιορισµό της ειδικής επιφάνειας από τα δεδοµένα της ισοθέρµου προσρόφησης. Η πιο απλή είναι η θεωρία που αναπτύχθηκε από τους Brunauer, Emmet, Teller [8]. Η θεωρία αυτή επεκτάθηκε για την περίπτωση της πολυστρωµατικής προσρόφησης, µε την προϋπόθεση των ισοενεργειακών θέσεων προσρόφησης και των άπειρων µονοµοριακών στοιβάδων. Τότε ισχύει η εξίσωση που είναι γνωστή ως εξίσωση των ΒΕΤ P/V (P 0 -P) = 1/(V m C) + [(C-1)/ V m C] (P/ P 0 ) όπου P είναι η µερική πίεση του αζώτου πάνω από το στερεό, P 0 η τάση ατµών του αζώτου σε ισορροπία µε υγρό άζωτο, V ο όγκος του αζώτου που προσροφάται κάτω από συγκεκριµένες συνθήκες, V m ο µέγιστος όγκος του αζώτου που απαιτείται για την πλήρη µονοµοριακή κάλυψη της επιφάνειας του στερεού, C=exp[(Q 1 -Q 2 )/RT], όπου Q 1 και Q 2 παριστάνουν αντίστοιχα την θερµότητα προσρόφησης και την λανθάνουσα θερµότητα υγροποίησης του Ν 2.
Με βάση τις καµπύλες προσρόφησης/εκρόφησης, µπορούν αφ ενός µεν να γίνουν τεκµηριωµένες εκτιµήσεις για το σχήµα των πόρων, αφ ετέρου δε µε τη χρήση διαθέσιµων προεπιλεγµένων µοντέλων προσδιορίζεται η κατανοµή µεγέθους ή επιφάνειας πόρων, έτσι ώστε να υπάρχει πλήρης χαρακτηρισµός του πορώδους χαρακτήρα του δείγµατος 2.5 Περίθλαση ακτίνων-χ Μία από τις βασικότερες µεθόδους που χρησιµοποιούνται για την ταυτοποίηση των κρυσταλλικών ουσιών είναι η µέθοδος της περίθλασης ακτινών - χ (XRD). Οι ακτίνες Χ συνίστανται από ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία µήκους κύµατος µεταξύ 10-7 και 10-9 cm. Παράγονται όταν ηλεκτρόνια που προσπίπτουν µε µεγάλη ταχύτητα σε µια µεταλλική επιφάνεια ή στόχο που καλείται και αντικάθοδος. Είναι αποτέλεσµα του ποσού της ενέργειας που απελευθερώνεται όταν τα ηλεκτρόνια των ατόµων του µετάλλου διεγείρονται, µεταβαίνοντας εκτός των κανονικών τροχιών τους από τα προσπίπτοντα σωµατίδια. Το µήκος κύµατος των ακτίνων που παράγονται κατ αυτόν τον τρόπο είναι συνάρτηση του υλικού που συνιστά τον στόχο. Όταν παράλληλη δέσµη φωτός ή ακτίνων-χ περνούν διαµέσου ενός λεπτού δικτυώµατος (πλέγµατος) κάθε στοιχείο (γραµµή) του δικτυώµατος γίνεται το κέντρο επανεκποµπής ενός κύµατος µε σφαιρικό µέτωπο. Καθώς τα µέτωπα αυτά διασχίζουν το ένα το άλλο, παράγονται περιοχές σκοτεινότητας και φωτεινότητας που εξαρτώνται από την σχέση των φάσεων των συµβαλλόντων ακτίνων. Αυτό είναι γνωστό ως φάσµα περίθλασης. Αυτά τα φάσµατα παράγονται µόνο εάν η απόσταση των στοιχείων του πλέγµατος είναι του ίδιου µεγέθους µε το µήκος κύµατος της ακτινοβολίας. Γενικά στις κρυσταλλικές ουσίες οι αποστάσεις µεταξύ των κρυσταλλικών επιπέδων αντιστοιχούν στο µέγεθος του µήκους κύµατος των ακτίνων-χ. Έτσι µπορούν να παραχθούν χαρακτηριστικά φάσµατα των ουσιών µε τα οποία µπορεί να χαρακτηρισθεί η δοµή τους. Η ανάλυση XRD πραγµατοποιείται σε περιθλασίµετρο ακτίνων-χ και µελετάται η δοµή του υλικού σε σχέση µε τη βιοµηχανική σίλικα. 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ - ΣΥΖΗΤΗΣΗ 3.1 Χαρακτηρισµός των υλικών RHΑ α και RHΑ β Τα αποτελέσµατα προσρόφησης εκρόφησης αζώτου και η κατανοµή µεγέθους των πόρων των υλικών RHA α και RHA β παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.1.1 και στα Σχήµατα 3.1, 3.2, 3.3 & 3.4 Πίνακας 3.1.1: Ιδιότητες πορώδους δοµής των υλικών RHA α και RHA β είγµα Όγκος πόρων S BET Μέγεθος πόρων (ml g -1 ) (m 2 g -1 ) (Α) RHA α 0, 04 5 294 RHA β 0, 21 121 68
1,2 Adsorption Desorption 1,0 Quantity Absorbed (mmol/g) 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Relative Pressure (P/P 0 ) Σχήµα 3.1: Ισόθερµες προσρόφησης και εκρόφησης αζώτου του δείγµατος RHA α 140 Adsorption Desorption Quantity absorbed (cm 3 /g STP) 120 100 80 60 40 20 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Relative Pressure (P/P 0 ) Σχήµα 3.2: Ισόθερµες προσρόφησης και εκρόφησης αζώτου του δείγµατος RHA β
0,040 0,035 0,030 Pore Volume (cc/g)) 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000-0,005 0 100 200 300 400 500 Pore Diameter(A) Σχήµα 3.3: Κατανοµή µεγέθους πόρων του υλικού RHA α 0,25 0,20 Pore Volume (cc/g) 0,15 0,10 0,05 0,00 0 100 200 300 400 500 Pore Diameter (A) Σχήµα 3.4: Κατανοµή µεγέθους πόρων του υλικού RHA β
Τα διαγράµµατα των ισόθερµων προσρόφησης και εκρόφησης αζώτου και κατανοµής µεγέθους των πόρων των υλικών RHA α και RHA β, οδηγούν στο συµπέρασµα ότι υπάρχει σηµαντική διαφορά στην κατανοµή των πόρων µεταξύ των δύο υλικών, γεγονός που οδηγεί σε σηµαντική διαφορά στον προσδιοριζόµενο όγκο των πόρων, αλλά και την ειδική τους επιφάνεια. Η θέρµανση του υλικού σε υψηλή θερµοκρασία (900 0 C, RHA α ) οδήγησε σε µεγάλο µέγεθος των πόρων και σε αρκετά µικρή τιµή της ειδικής επιφάνειας, σε αντίθεση µε τη θέρµανση σε χαµηλότερη θερµοκρασία (650 0 C, RHA β ) που οδήγησε σε µικρότερους πόρους και υψηλή ειδική επιφάνεια, που είναι ο στόχος της όλης διεργασίας. Η ανάλυση των κρυσταλλικών φάσεων αποδεικνύει την κρυσταλλική δοµή του υλικού στις θερµοκρασίες των πειραµάτων. Τα αποτελέσµατα των χαρακτηρισµών µε περίθλαση ακτινών-χ των υλικών RHA α και RHA β παρουσιάζονται στα Σχ. 3.5 & 3.6. Σχήµα 3.5: ιάγραµµα XRD του υλικού RHA α Σχήµα 3.6: ιάγραµµα XRD του υλικού RHA β
Η ανάλυση των διαγραµµάτων XRD καταλήγει µετά από ταυτοποίηση στα εξής: Πίνακας 3.1.2: Κρυσταλλικές φάσεις των υλικών RHA α και RHA β είγµα Κρυσταλλικές φάσεις RHA α RHA β SiO 2 - Cristobalite SiO 2 - Cristobalite Τα δύο δείγµατα παρουσιάζουν µία µόνο κρυσταλλική φάση SiO 2, γεγονός που οδηγεί στο συµπέρασµα ότι η πύρωση σε χαµηλές (650 0 C) και σε υψηλότερες (έως 900 0 C) θερµοκρασίες δεν προκαλεί µεταβολές στις κρυσταλλικές φάσεις του δείγµατος RHA. 3.2 Χαρακτηρισµός βιοµηχανικής σίλικας Οι ιδιότητες της βιοµηχανικής σίλικας που χρησιµοποιείται ευρέως σε ποικίλες καταλυτικές αντιδράσεις, παρουσιάζονται στον πίνακα 3.2.1. Το υλικό προέρχεται από την εταιρία Engelhard και βρίσκεται σε κοκκοµετρία 350 500 µm. Πίνακας 3.2.1: Ιδιότητες πορώδους δοµής της βιοµηχανικής σίλικας είγµα Όγκος πόρων S BET (ml g -1 ) (m 2 g -1 ) SiO 2 0, 86 108 25 Adsorption Desorption Quantity Absorbed (mmol/g) 20 15 10 5 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Relative Pressure (P/P 0 ) Σχήµα 3.7: Ισόθερµες προσρόφησης και εκρόφησης αζώτου του υλικού SiO 2
1,0 0,8 Pore Volume (cc/g) 0,6 0,4 0,2 0,0 0 100 200 300 400 500 Pore Diameter (A) Σχήµα 3.8: Κατανοµή µεγέθους πόρων του υλικού SiO 2 Τα αποτελέσµατα χαρακτηρισµού µε περίθλαση ακτίνων χ της βιοµηχανικής σίλικας παρουσιάζονται στο Σχήµα 3.9: Σχήµα 3.9: ιάγραµµα XRD του υλικού SiO 2 Η ανάλυση του διαγράµµατος XRD καταλήγει µετά από ταυτοποίηση στα εξής: Πίνακας 3.2.2: Κρυσταλλικές φάσεις της βιοµηχανικής σίλικας είγµα Κρυσταλλικές φάσεις Industrial SiO 2 SiO 2 - Cristobalite SiO 2 Silicon Oxide
3.3 Σύγκριση χαρακτηριστικών ιδιοτήτων της βιοµηχανικής και της προερχόµενης από τέφρα φλοιού ρυζιού σίλικας. Τα αποτελέσµατα των τεχνικών χαρακτηρισµού, οδηγούν στο συµπέρασµα ότι η τέφρα φλοιού ρυζιού που έχει πυρωθεί σε θερµοκρασία 650 0 C, χαρακτηρίζεται από µεγάλη ειδική επιφάνεια (121 m 2 /g), ενώ αντίστοιχα αυτή που έχει πυρωθεί σε υψηλή θερµοκρασία, χαρακτηρίζεται από πολύ χαµηλή τιµή ειδικής επιφάνειας (5 m 2 /g). Από παρόµοιες αναλύσεις περίθλασης ακτίνων χ στη βιβλιογραφία επιβεβαιώνεται ότι σε θερµοκρασίες πύρωσης από 550 0 C 900 0 C παράγεται υλικό στο οποίο παρουσιάζεται µια µόνο κρυσταλλική φάση (SiO 2 cristobalite). Η ανάλυση της επιφάνειας της πορώδους δοµής αποτελεί ένα ισχυρό εργαλείο στο χαρακτηρισµό των πορωδών υλικών, λόγω της συνεισφοράς των πόρων στη συνολική ειδική επιφάνεια. Οι ισόθερµες προσρόφησης Ν 2 έχουν επιλεγεί ως µια συνοπτική προσέγγιση για ανάλυση της πορώδους δοµής, καθώς αντικατοπτρίζει µια στατιστική έννοια όσον αφορά τα πιθανά ολοκληρωµένα χαρακτηριστικά της επιφανειακής δοµής. Είναι γνωστό ότι η δραστικότητα και η σταθερότητα ενός στηριζόµενου καταλύτη συνήθως επηρεάζονται από τα επιφανειακά του χαρακτηριστικά, που σχετίζονται σηµαντικά µε τις εγγενείς ιδιότητες των ενεργά καταλυτικών ειδών και του φορέα, όπως και την αµοιβαία αλληλεπίδραση µεταξύ τους. Μετά από σύγκριση των ισοθέρµων προσρόφησης και εκρόφησης των τριών υλικών (Σχ. 3.1, 3.2 & 3.7) φαίνεται ότι για το δείγµα RHA α και την βιοµηχανική σίλικα είναι της µορφής III, ενώ για το δείγµα RHA β της µορφής IV στην ταξινόµηση κατά IUPAC. Επιπλέον, η σταδιακή αύξηση της προσρόφησης του Ν 2 µε αυξανόµενη σχετική πίεση, P/P 0 και ότι το προσροφηµένο ποσό αζώτου παίρνει την τιµή 30cm 3 /g για P/P 0 =0.1 δηλώνει την παρουσία σηµαντικού ποσοστού µικροπόρων στο RHA β. Η ελαφριά αύξηση της προσρόφησης του Ν 2 για τιµές P/P 0 =0.1 έως 0.95 δείχνει την ύπαρξη µεσοπόρων. Τέλος, η εµφάνιση του βρόχου υστέρησης από P/P 0 =0.4 έως 0.9 σχετίζεται µε την ύπαρξη πόρων κυλινδρικής γεωµετρίας. Με άλλα λόγια, η ισόθερµος του υλικού RHA β µε τον ευδιάκριτο βρόχο υστέρησης θεωρείται συµβατικά ότι σχετίζεται µε πορώδη δοµή της µορφής ink bottle, όπου το µέγεθος του λαιµού είναι µικρότερο από την εσωτερική διάµετρο [9]. Όσον αφορά την µεγάλη διαφορά στις τιµές της ειδικής επιφάνειας µεταξύ των δύο υλικών που έχουν πυρωθεί σε διαφορετικές θερµοκρασίες, οφείλεται σε καταστροφή της µικροπορώδους δοµής του υλικού σε υψηλές θερµοκρασίες και άρα σε διαφορετική κατανοµή του µεγέθους των πόρων, όπως προκύπτει και από τις τεχνικές αναλύσεων BET (Σχ. 3.3 & 3.4) Συµπερασµατικά, παρατηρείται ότι από την τέφρα του φλοιού ρυζιού, µετά από κατάλληλη προκατεργασία, χηµική επεξεργασία και πύρωση στους 650 0 C, παράγεται υλικό που χαρακτηρίζεται από υψηλή τιµή ειδικής επιφάνειας, κατ αντιστοιχία µε τη βιοµηχανική σίλικα. Είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικό το γεγονός ότι από βιοµάζα που αποτελεί παραπροϊόν παραγωγικών µονάδων παράγεται οξείδιο του πυριτίου υψηλής καθαρότητας που µπορεί να αντικαταστήσει τη χρήση της βιοµηχανική σίλικα ως φορέα σε µια µεγάλη ποικιλία καταλυτικών αντιδράσεων. Στηριζόµενοι σε σίλικα ετερογενείς καταλύτες χρησιµοποιούνται σε αρκετές καταλυτικές αντιδράσεις και παρουσιάζουν εξαιρετική σταθερότητα και δραστικότητα. Εποµένως, απώτερος στόχος της όλης διεργασίας είναι η καταλυτική δοκιµασία τέτοιου είδους καταλυτών σε διαφορετικές χηµικές αντιδράσεις και η συγκριτική αξιολόγησή τους.
4. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Paul T. Williams, Nittaya Nugranad, Comparison of products from the pyrolysis and catalytic pyrolysis of rice husks, Energy 25 (2000) 493 513 2. V. P. Della, I. Kuhn, D. Hotza, Rice husk ash as an alternative source for active silica production, Materials Letters, 57 (2002), 818 821 3. U. Kalapathy, A. Proctor, J. Shultz, An improved method for production of silica from rice hull ash, Bio resource Technology, 85, (2002), 285-289 4. Feg-Wen Chang, Wen-Yao Kuo, Hsien-Chang Yang, Preparation of Cr 2 O 3 - promoted copper catalysts on rice husk ash by incipient wetness impregnation, Applied Catalysis A: General 288 (2005) 53 61 5. Feg-Wen Chang, Maw-Suey Kuo, Ming-Tseh Tsay, Ming-Chung Hsieh, Hydrogenation of CO 2 over nickel catalysts on rice husk ash-alumina prepared by incipient wetness impregnation, Applied Catalysis A: General 247 (2003) 309 320 6. Feg-Wen Chang, Ming-Tseh Tsay, Maw-Suey Kuo, Chia-Ming Yang, Characterization of nickel catalysts on RHA-Al 2 O 3 composite oxides prepared by ion exchange, Applied Catalysis A: General 226 (2002) 213 224 7. C. Siriluk and S. Yuttapong, Structure of mesoporous MCM 41 from rice husk ash, The 8 th Asian Symposium on Visualization, Chaingmai, Thailand, 23 27 May, (2005) 8. Brunauer, S., Emmer, P.H., and Teller, E., J. Am. Chem. Soc., 60 (1938) 309 9. P.C. Ball, R. Evans, Langmuir 5 (1989) 714