Projekti / Programi
Nano-katalizator za odstranjevanje nečistoč v zemeljskem plinu
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.03.03 |
Tehnika |
Energetika |
Obnovljivi viri in tehnologije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T140 |
Tehnološke vede |
Energijske raziskave |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
desulfurizacija plina, kataliza, napredni nanomateriali, nanokompoziti
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
33330 |
dr. Gregor Filipič |
Elektronske komponente in tehnologije |
Vodja |
2017 - 2019 |
129 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.624 |
Povzetek
Zemeljski plin je sestavljen predvsem iz metana (običajno več kot 80%), in nekaj višjih ogljikovih hidratov. Vendar pa vsebuje tudi majhne količine škodljivih snovi, med katerimi so ogljikov monoksid (CO), dušikovi oksidi (NOx) in tudi plini, ki vsebujejo žveplo - vodikov sulfid (H2S), žveplov dioksid (SO2), metil merkaptan (CH4S) in ogljikov disulfid (CS2). Trenutno industrijski postopki za čiščenje zemeljskega plina zajemajo prepihovanje plina prek kemične kopeli, ali preko trdega absorberja, ki absorbira žveplove pline ali postopek desulfurizacije znan kot Clausov postopek. Očiščen plin še vedno vsebuje nekaj onesnaževalcev, ampak v nekaj- do nekaj deset-ppm. Za popolno čiščenje plina so potrebne nove metode. To bi lahko bili boljši absorberji z daljšim delovno-regenerativnim ciklom ali boljši katalizatorji za popolno razžveplanje brez dezaktiviranja katalizatorjev.
Katalizatorje se lahko izboljša na ve načinov: pomembna je primerna izbira materiala, dodani kokatalizatorji, povečanje površine in nenazadnje reduciranje velikosti.
Osnovi katalizator lahko služi na dva načina – katalizira reakcijo oksidacije žveplovega plina, ali pa služi kot absorber tega plina. Kovinski oksidi lahko združujejo obe lastnosti, saj tekom katalize zamenjajo svoj kisik z žveplom. S tem se katalitska aktivnost znižuje, in material je potrebno s časom zamenjati ali regenerirati. Z dodatkom ko-katalizatorja se regeneracijski cikel podaljša, saj žveplo prevzame osnovni katalizator, med tem ko ko-katalizator ostane še naprej aktiven.
V tem projektu se bomo osredotočili na sintezo inovativnih hibridnih nano-katalizatorjev. Z naprednimi postopki plazemske oksidacije bomo sintetizirali kovinske-okside (Cu, Zn), nanje pa dodali ko-katalizatorje v obliki nanodelcev (Ni, V). Pri tem se bomo posluževali več načinov – mešanje in sintranje nanomaterialov, nanos nanodelcev na nanožice in plazemsko tretiranje, ter nanos nanodelcev na kovino pred sintezo nanožic in s tem vključitev kokatalizatorja v strukturo nanožic. Iz teh hibridnih materialov bomo pripravili fleksibilne membranske filtre, ali pa porozne pelete. Tako pripravljene materiale bomo testirali za učinkovito katalizo H2S in njegovo katalizo v H2S/CH4 mešanici – v laboratoriju pri nizkih tlakih in počasnih pretokih plina. V komplementarnem partnerskem laboratoriju pa bomo testirali pri visokih tlakih in višjih pretokih plina. Vzorce bomo ustrezno karakterizirali (struktura, površina, fizikalne lastnosti) in rezultate primerjali s katalizno učinkovitostjo. To nam bo omogočilo, da optimiziramo sintezo in pripravimo optimalen katalizator.
Pomen za razvoj znanosti
Ta projekt se ukvarja z razžveplanjem zemeljskega plina. Raziskava je zelo pomembna zaradi nenehnega povečanja uporabe zemeljskega plina. Plin se uporablja za domače potrebe (ogrevanje, kuhanje), prevoz, toplotne elektrarne, itd. Zaradi strogih ekoloških standardov na področju izpušnih plinov, je nujno, da se zmanjša žveplovo vsebnost kolikor je to mogoče. Uspešno rezultat bi omogočil razvoj filtra, ki bi bil splošno uporaben v vseh prej omenjenih področjih.
Z znanstvenega vidika se ta projekt ukvarjajo s kompoziti iz dvojnih katalizatorjev, vsi na nanoskali. Sinteza nanožic kovinskih oksidov dekoriranih z nanodelci in priprava prototipa katalizatorja izvedena z uporabo inovativne plazemske oksidacije. Nanožice bodo pripravljene z združenimi nanodelcev na površini in/ali vključenimi v njihovo strukturo. Študirali bomo katalitske lastnosti in mehanizme teh novih materialov. Rezultat nam bo dal vpogled v nano-katalizne lastnosti kovin/kovinskih-oksidov, in razvoj katalizatorjev. Rezultate bo mogoč uveljavljati tudi na drugih področjih katalize, npr. kataliza SO2, zajemanje CO2 iz zraka, in celo izboljšanje izgorevanja zemeljskega plina.
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati tega projekta so aplikativni na mnogo področjih. Uspešni rezultati bodo prav gotovo zanimivi za industrijo. Primarno bi znanje, pridobljeno v tej raziskavi uporabili z cenejšo in bolj učinkovito filtriranje zemeljskega plina pri njegovem pridobivanju. Nadaljnji razvoj bi hitro pripeljal do učinkovitega filtra za zmanjševanje žveplovih snovi v plinskih izpustih tako v domačih gospodinjstvih, kot tudi v industrijskih obratih za filtriranje izpušnih plinov, avtomobilih etc. Pri dodatnem zagotavljanju čistega okolja bi se katalizatorje lahko uporabljalo tudi na področju sončnih celic in vodikovega motorja, kjer je delovanje zmanjšano zaradi onesnaženja naprave z žveplom. Katalizatorje bi se lahko nenazadnje uporabilo tudi v motorju na notranje izgorevanje za povečanje izkoristka.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
