Proučevali smo selektivno oksidacijo ogljikovega monoksida (CO) na mono- in bimetalni Co, Cu in Fe kot tudi na heterogenih katalizatorjih Cu-Co in Cu-Fe, pri čemer smo kot substrate uporabljali ogljikove nanocevke. Materiale smo sintetizirali z mokro (ko)impregnacijsko tehniko in jih karakterizirali. Ugotovljeno je bilo, da so hidrofilne hidroksilne in karboksilne nanocevke (CNT) kot funkcionalne skupine ugodne za močno interakcijo med kovino in podporo. Katalitska pretvorba za postopek preferenčne oksidacije CO (PROX) je potekala v plinastih surovinah, ki vsebujejo vodik, vodo in ogljikov dioksid. Dodajanje železa ali kobalta k Cu / CNT je izboljšalo aktivnost v primerjavi s Cu / CNT. Optimizirana Cu – Fe / CNT bi lahko prednostno oksidirala razredčeni CO v simuliranih WGS tokovih, bogatih s H2, v širokem temperaturnem razponu od 120–220 °C. Temperature, pri katerih je bila dosežena konverzija 50 % CO, so naslednje: Cu – Fe / CNT (120 ° C)) Cu – Co / CNT (140 ° C) ? Cu / CNT (140 °C). Visoki določeni selektivnosti glede CO2 za Cu – Fe / CNT lahko pripišemo prisotnosti CuFe2O4 in sinergiji med Co in Cu za Cu-Co / CNT. Pri 220 °C in v 1% CO / 1% O2 / 10% H2O / 10% CO2 / 60% H2 / 18% lahko tok Cu-Fe / CNT doseže 100-odstotno pretvorbo CO, kar zagotavlja nizke pretvorbe H2 in se ne razlikujejo od tistih v odsotnosti CO2, medtem ko je njegov donos ostal stabilen za daljše neprekinjeno časovno obdobje in v bistvu brez deaktivacije. Za primerjavo, Cu – Fe / CNT je pokazal višjo navidezno hitrost in nižjo energijo aktiviranja CO pretvorbe (z in brez H2O in CO2).
COBISS.SI-ID: 6424346
Katalizatorje CuZnGaOx smo pripravili z metodo obarjanja in ocenili njihov učinek na reakcijo vodnega plina (WGS). Preučevali smo učinke pH na sestavo, strukturo in morfologijo. Materiali so bili karakterizirani z uporabo praškaste XRD, fizisorpcije, kemisorpcije in elektronske mikroskopske tehnike. V pogojih osnovne priprave so nastali manjši, enakomerni in homogeno porazdeljeni delci, medtem ko je bila visoka koncentracija vmesnega materiala v bakreni fazi pri kislem pH. Vrh difrakcije rentgenskih žarkov, ki ustreza CuO (111), je bil širši pri nevtralnem / alkalnem pH, kar je pokazalo majhne sintetizirane kristalite, neurejeno razporeditev oksidov in polimorfizem. Analize po H2-TPR so pokazale, da je bil ves Cu po redukciji v kovinskem oksidacijskem stanju. Profili H2-TPR so pokazali, da obstaja močnejša primerjalna interakcija med Cu – ZnOx in Cu – GaOx za višje uporabljene sinteze pH. Meritve neprekinjene temperaturno programirane površinske reakcije (TPSR) so pokazale, da smo s tem dosegli tudi termodinamsko ravnotežno pretvorbo CO pri 240 °C. Katalitske aktivnosti so bile testirane v reaktorju s strnjenim slojem. Povečanje vsebnosti uparene pare v mešanici reaktantske surovine je povzročilo povečanje porabe CO in produktivnost odvodnega vodika. Proces WGS je bil tako strukturno občutljiv na podprte aktivne kovine v kompozitnih nano-katalizatorjih na osnovi CuZnGa. Kinetična reaktivnost je bila sorazmerna s količino Cu in njegovo disperzijo, kar bi se lahko spremenilo s pH kompozitnega materiala. Reforming metana, metanola ali etanola z nizkotemperaturnimi WGS je še posebej pomembno v visokotemperaturnih membranskih gorivnih celicah (PEMFC).
COBISS.SI-ID: 6264346
Empirične korelacijske (EC) enačbe so še vedno zelo pomembne za konstrukcijo industrijskih obratov. So nepogrešljivo orodje za modeliranje, ker skrajšajo čas za iskanje optimalnih pogojev delovanja. Kljub temu napreduje kompleksnost numeričnih metod in optimizacij donosa procesov. Računalniška dinamika tekočin (CFD) se tako danes uporablja za optimizacijo kemijskih reaktorjev. Za razliko od ES CFD upošteva specifično geometrijo, kjer prevladujejo lokalni fizikalni in kemični pojavi, ki prispevajo k katalitskemu procesu. Trenutno sta bila EC in CFD primerjana z upoštevanjem napovedi padca tlaka v kolonah s strnjenim slojem za sferično, cilindrično, trilobno in kvadrilobetično pakiranje delcev. Simulirano je bilo 52 konfiguracij, ocene znotraj meja območja veljavnosti ES pa so bile v skladu s CFD ((15%), medtem ko je bilo v ekstremnih primerih preseženo 70% odstopanje. Poleg tega je bilo ugotovljeno, da so učinki sten odvisni od oblike in orientacije zloženih pelet in niso nujno vodili do povečanja izgub zaradi viskoznega trenja v primerjavi z neskončno širokimi sistemi za razmerja premera med stenami in delci, ki so manjši od 10. Medtem ko je inducirana razlika v tlaku znotraj realističnih strnjenih slojev povišana zaradi plinskih ali tekočinskih površinskih interakcij in povratnega mešanja, se lahko zmanjša tudi s kanaliziranjem, zato je treba neto vpliv analizirati s CFD simulacijami, zlasti v novih intenzivnejši in mikronizirani procesi.
COBISS.SI-ID: 6360858
Izvedli smo raziskavo katalitske konverzije materialov na osnovi Cu-, Mn in Ni na osnovi ?-Al2O3 za selektivno preferenčno oksidacijo CO. Vpliv CO2 in H2O v reaktorskem dovodnem plinu na aktivnost in selektivnost smo nazadnje raziskali za bimetalne bakrene katalizatorje, ki vsebujejo mangan in nikelj. Cu / Al2O3 se je izkazal kot optimalen med monometalnimi katalizatorji. Ugotovljeno je bilo, da je bil tudi v odsotnosti H2 CO učinkovito pretvorjen. Pri prisotnosti H2 se uporabi zadosten delež kisika, kar povzroči zmanjšanje CO. Cu – Mn / Al2O3 je presegel druge enojne in mešane kovinske oksidne katalizatorje, kar je lahko posledica kombinacije površinske desorpcijske zmogljivosti in redoks lastnosti. Kapacitete skladiščenja kisika (OSC) so bile odnosu Cu-Mn / Al2O3) Cu – Ni / Al2O3) Cu / Al2O3) Mn / Al2O3) Ni / Al2O3, v skladu z reaktivnostjo. Učinkovitost pri nizkih procesnih temperaturah se je povečala z dodajanjem H2O par, kljub temu pa se je zmanjšala pri visokem razponu zaradi povratne reakcije vodnega plina (RWGS). Tudi stopnja pretvorbe CO je bila visoka z uporabo Cu – Mn / Al2O3; poleg tega tudi ob uporabi H2O in CO2. CO2 je zlasti vplival na pretvorbo CO.
COBISS.SI-ID: 6264858
Komercialni heterogeni Ni-Mo / Al2O3 katalizator smo testirali za reakcijo oksidativne dehidrogenacije (ODH) n-butana z različnimi vrstami oksidantov: O2, CO2 in N2O. Preučen je bil vpliv mobilnosti kisika in shranjevanje v Ni – Mo / Al2O3 na učinkovitost katalitične konverzije. Eksperimenti so pokazali, da je visoko shranjevanje / sproščanje O2 koristno za aktivnost, vendar na račun selektivnosti. Pri uporabi ogljikovega dioksida in dušikovega oksida je nastala znatna količina butadiena brez kisikovih spojin, medtem ko je O2 podpiral nastajanje razpokanih ogljikovodikovih verig in COx. Najvišji donos 1,3-butadiena je bil dosežen pri molskem razmerju oksantant-butan 2:1 pri temperaturi 350 °C in 450 °C. Pri CO2 so se zaradi paralelne reforming poti razvile znatne količine vodika in ogljikovega monoksida. Delno oksidacijo niklja / molibdena so opazili tudi v atmosferah CO2 in N2O. TPR je pokazal transformacijo visoko valenčnih oksidov v strukturno ločene kovinske subokside. V TPRO so bili vidni trije različni vrhovi in pripisani površinskim kisikovim mestom in dvema okvirnima pozicijama. Pri N2O so se ti premaknili v območje nižjih temperatur, kar kaže na boljšo difuzijsko dostopnost in lažjo migracijo v razsutem stanju. XRD je pokazala prisotnost aktivne faze ?-NiMoO4, ki je bila uporabljena pri modeliranju DFT kot ravnine (110). Teoretični izračuni ab initio so pojasnili bistveno različne reaktivne kemijske vmesne produkte pri uporabi CO2 / N2O ali O2 kot oksidanta. Prvo spodbujajo zaključevanje kisika Mo atom, medtem ko je v okolju O2 tudi kisik. Zato CO2 in N2O selektivno dehidrogenirata C4H10 z odvzemom serijskega vodika: butan › butil › 1-buten › 1-buten-3-nil › butadien. Pri O2 se butan najprej pretvori v butanol in butanal, ki sta nagnjena k nadaljnjemu razcepu C-C vezi. Slednje se odraža v različnih mehanizmih in stopnjah določanja hitrosti, ki so bistvenega pomena za produktivnost procesa učinkovitega butadienskega monomera in njegovo optimizacijo.
COBISS.SI-ID: 6183194