Projekti / Programi
Razvoj sodobnih nanostrukturiranih katalizatorjev za hidrogenacijo ogljikovega dioksida v metanol
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.02.00 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
|
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.04 |
Tehniške in tehnološke vede |
Kemijsko inženirstvo |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
heterogena kataliza, nanostrukturirani katalizatorji, kinetika in mehanizmi, računalniško modeliranje, metanol, shranjevanje in pretvorba ogljikovega dioksida
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
20. marec 2023;
A3 za obdobje 2017-2021
Podatki za razpise ARRS (
04.04.2019 - Programski razpis,
arhiv
)
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
312 |
36.176 |
34.727 |
111,3 |
| Scopus |
323 |
38.011 |
36.478 |
112,93 |
Raziskovalci (8)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacij |
| 1. |
17283 |
Špela Božič |
|
Tehnični sodelavec |
2021 - 2023 |
38 |
| 2. |
28557 |
dr. Petar Djinović |
Kemijsko inženirstvo |
Raziskovalec |
2021 - 2023 |
227 |
| 3. |
52041 |
Matjaž Dlouhy |
Kemija |
Mladi raziskovalec |
2021 - 2023 |
31 |
| 4. |
54900 |
Lea Gašparič |
Kemija |
Mladi raziskovalec |
2021 - 2023 |
14 |
| 5. |
16188 |
dr. Anton Kokalj |
Kemija |
Raziskovalec |
2021 - 2023 |
355 |
| 6. |
11874 |
dr. Albin Pintar |
Kemijsko inženirstvo |
Vodja |
2021 - 2023 |
806 |
| 7. |
54674 |
Matevž Roškarič |
Kemijsko inženirstvo |
Mladi raziskovalec |
2021 - 2023 |
30 |
| 8. |
32927 |
dr. Gregor Žerjav |
Kemijsko inženirstvo |
Raziskovalec |
2021 - 2023 |
158 |
Organizacije (2)
Povzetek
Vedno večje zanašanje na izgorevanje fosilnih goriv za zadovoljevanje potreb po urbanizaciji in industrializaciji povzroča zaskrbljujoče povečanje svetovne emisije CO2. Škodljivi vplivi CO2 na okolje, vključno z globalnim segrevanjem, podnebnimi spremembami in zakisanjem oceanov silijo vlade in znanstveno skupnost, da nemudoma ukrepajo za zaustavitev in zmanjšanje koncentracije CO2 v okolju. Množični prehod na obnovljive vire, zajem in shranjevanje CO2 ter izkoriščanje CO2 so trije načini za zmanjšanje koncentracij CO2 v okolju. Sinteza metanola s hidrogenacijo CO2 je najbolj vabljiva pot za zmanjšanje koncentracij CO2, saj metanol služi kot osnovni predhodnik za več industrijskih procesov, kot čisto gorivo za pridobivanje in transport energije in za uporabo v gorivnih celicah. Ponavadi so trikomponentni katalizatorji Cu/ZnO/Al2O3 najpogosteje uporabljeni katalizator za hidrogenacijo CO2 v metanol, vendar prekomerna tvorba vode povzroči nizko selektivnost in sintranje Cu, kar vodi v deaktivacijo katalizatorjev. V tem okviru je glavni cilj predlaganega raziskovalnega dela namenjen razvoju nove generacije stabilnega, selektivnega nanostrukturiranega katalizatorja, na primer CeO2 ali CeO2-MxOy (kjer je M=Zr, Ga), na katerega je nanešen kovinski, bimetalni in/ali intermetalni ali zlitinski katalizator za sintezo metanola preko hidrogenacije CO2. Razviti katalizator bo vseboval ustrezna aktivna mesta za neposredno pretvorbo CO2 in H2 v metanol (CH3OH) s produktivnostjo najmanj 2000 g metanola/(kgcat h) pri tlaku 50 bar. Pričakovana selektivnost za metanol je nad 75 % pri pretvorbi 10 % CO2. Za učinkovito izvedbo katalitske neposredne pretvorbe CO2 v metanol bomo sintetizirali večfunkcijske mezoporozne katalizatorje z visoko BET specifično površino ter posledično izpostavili največje število aktivnih mest na površini, tako da bomo uporabili napredne postopke za pripravo katalizatorjev. Ti materiali bodo temeljili na kovinskih, dvokovinskih in medkovinskih katalizatorjih, brez uporabe Cu in Zn faz. Prav tako bosta morfologija in kemijska sestava katalizatorja prilagojeni zmanjševanju vzporedne reakcije reforminga metanola (CH3OH+H2O › CO2+3H2), ki povzroča izgubo CH3OH. Sintetiziranim vzorcem katalizatorja bomo podrobno določili lastnosti z različnimi inštrumentalnimi karakterizacijskimi tehnikami. Prav tako bomo za optimiranje sestave in lastnosti površine katalizatorja ter podrobnega raziskovanja mehanizma reakcije uporabili in situ in operando spektroskopske tehnike. Aktivnost in selektivnost sintetiziranih katalizatorjev v procesu neposredne pretvorbe CO2 v metanol bomo preučevali v laboratorijskem cevnem kvarčnem reaktorju s strnjenim slojem v širokem spektru obratovalnih pogojev (180-300°C, 10-80 bar, WHSV 50-500 L/(gcat h), sistematično spreminjanje koncentracij H2 in CO2). Tako bomo pridobili podrobne podatke o kinetiki za raziskovano reakcijo in izolirali najustreznejšo formulacijo katalizatorja. Poudarek bo na raziskovanju in določanju kvantitativnih strukturno-aktivnostnih in strukturno-selektivnostnih odvisnosti (QSAR) za izbrane vzorce katalizatorjev. Na koncu bomo izvedli dolgoročne stabilnostne poskuse za optimalne sestave katalizatorja. Za preučevanje načinov aktivacije H2 in CO2 na katalizatorjih kot funkcije geometrije aktivnega mesta bomo uporabili teoretski DFT računski pristop. Prav tako bomo analizirali reakcijske intermediate in energijske bariere za posamezne korake reakcije. Te informacije bodo v pomoč pri dokazovanju ugotovitev poskusov ali za določanje možnih kinetičnih ozkih grl in njihovega izboljšanja s kemijskimi spremembami katalizatorja. Pripravili bomo obsežno dokumentacijo, ki bo v prihodnosti omogočala načrtovanje pilotnega reaktorskega sistema za proizvodnjo 1 g metanola/min (ki ustreza volumskemu napajalnemu toku ogljikovega dioksida, enakemu približno 10 L/min, za doseganje ciljne konverzije in selektivnosti).
