Izpis gradiva

A+ | A- | | SLO | ENG

Naslov: THERMAL AND COMBINED PHOTO-THERMAL DRY REFORMING OF METHANE (DRM) OVER NANOSHAPED Ni/CeO2 CATALYSTS : DISSERTATION Avtorji: ID Lorber, Kristijan (Avtor) ID Djinović, Petar (Mentor) Več o mentorju... Datoteke: Kristijan_Lorber.pdf (6,64 MB) MD5: 3F1ACA27CFE1EA5751BC8E7F7180A325   Jezik: Angleški jezik Vrsta gradiva: Doktorsko delo/naloga Tipologija: 2.08 - Doktorska disertacija Organizacija: FPŠ - Fakulteta za podiplomski študij Opis: Dry reforming of methane (DRM) is an attractive reaction for converting the two major greenhouse gases CH4 and CO2 into the product syngas. H2 and CO as synthesis gas are important chemical feedstocks for the further production of valuable products as well as for the production of long-chain hydrocarbons by the Fisher-Tropsch process. High operating temperatures due to the endothermic nature of the DRM process and the occurrence of several side reactions such as Reverse Water Gas Shift, Methane Cracking and Boudoard reaction make the DRM process unattractive for industrial application. For the catalytic application of DRM in thermal mode (thermal energy drives the reaction), different CeO2 morphologies, namely nanorods, nanocubes, and nanospheres, were synthesized by a hydrothermal method. The best catalyst for DRM was found to be 2 wt. % Ni loaded in CeO2 rods morphology (2Ni-R). Characterization techniques (XRD, N2-physisorption, TEM, in-situ XANES/EXAFS TPR and CO2 TPD) were used to investigate the structural and redox properties of the catalysts. The mechanism of CO2 activation on reduced Ni/CeO2-x during DRM was proposed using DFT calculations and in-situ DRIFTS measurements combined with mass spectrometry. The 2Ni-R catalyst, which performed best in thermal DRM reaction, was studied under photo-thermal conditions where it was stimulated by both visible light and thermal energy. The catalytic activity was observed even at low (140 °C) temperatures, and the obtained CH4 and CO2 conversion, as well as H2/CO ratio exceeded thermodynamic limitations. XRD, TEM, and H2-physisorption techniques were used for structural characterization, while in-situ UV-Vis measurements were performed to study the optical properties of the catalyst. By using suitable long-pass filters and with the help of theoretical calculations, we were able to distinguish two photo mechanisms which contribute to photocatalytic activity under photo-thermal mode of the DRM reaction. Shorter wavelengths (< 450 nm) supported the charge transfer and generation mechanism in reduced CeO2-x, while longer wavelengths (> 450 nm) promoted near-field enhancement. However, under full spectrum of visible light (400 - 800 nm), the charge transfer and generation mechanism was dominant and led to 2-3 times higher CH4 activation rates compared to near-field enhancement. Ključne besede: DRM, CeO2 nanoshapes, reaction mechanism, photocatalysis Kraj izida: Nova Gorica Leto izida: 2023 PID: 20.500.12556/RUNG-8351  COBISS.SI-ID: 165428227  NUK URN: URN:SI:UNG:REP:CNWL64FA Datum objave v RUNG: 22.09.2023 Število ogledov: 742 Število prenosov: 31 Metapodatki:     Citiraj gradivo Navadno besedilo BibTeX EndNote XML EndNote/Refer RIS ABNT ACM Ref AMA APA Chicago 17th Author-Date Harvard IEEE ISO 690 MLA Vancouver : Kopiraj citat

Skupna ocena: (0 glasov) Vaša ocena: Ocenjevanje je dovoljeno samo prijavljenim uporabnikom. Objavi na: Postavite miškin kazalec na naslov za izpis povzetka. Klik na naslov izpiše podrobnosti ali sproži prenos.

Licence

Licenca:	CC BY-NC-ND 4.0, Creative Commons Priznanje avtorstva-Nekomercialno-Brez predelav 4.0 Mednarodna
Povezava:	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.sl
Opis:	Najbolj omejujoča licenca Creative Commons. Uporabniki lahko prenesejo in delijo delo v nekomercialne namene in ga ne smejo uporabiti za nobene druge namene.
Začetek licenciranja:	23.08.2023

Sekundarni jezik

Jezik:	Slovenski jezik
Naslov:	TERMIČNI IN KOMBINIRAN FOTO-TERMIČNI SUHI REFORMING METANA NA NANOOBLIKOVANIH Ni/CeO2 KATALIZATORJIH : DISERTACIJA
Opis:	Suhi reforming metana (DRM) je privlačna reakcija za pretvorbo dveh glavnih toplogrednih plinov CH4 in CO2 v produkt sintetičnega plina. H2 in CO kot sintezni plin sta pomembni kemični surovini tako za nadaljnjo proizvodnjo dragocenih produktov, kot tudi proizvodnjo dolgo verižnih ogljikovodikov po Fisher-Tropsch postopku. Visoke delovne temperature zaradi endotermne narave DRM procesa ter prisotnost stranskih reakcij, kot je obratna reakcija vodnega plina, kreking metana in Boudoard reakcija, delajo DRM proces manj privlačnega za industrijsko uporabo. Za izvajanje katalitske reakcije DRM procesa v termičnem načinu (reakcijo poganja toplotna energija) so bile z uporabo hidrotermalne metode sintetizirane različne morfologije CeO2, ovrednotene kot nano palčke, nano kocke in nano sfere. Nanos različnih deležev Ni je bil izveden z metodo odlaganja in obarjanja, kjer se je katalizator z 2 % utežnega deleža nanesenega Ni na morfologiji palčk CeO2 (2Ni-R) izkazal za najbolje delujočega med izvajanjem reakcije DRM. Za strukturno karakterizacijo katalizatorjev so bile uporabljene XRD, N2-fizisorpcija, TEM in in-situ XANES/EXAFS tehnike. Redoks lastnosti različnih CeO2 morfologij z in brez nanesenega Ni so bile raziskovane z uporabo temperaturno programirane redukcije in CO2 desorpcije. Temperaturno programirana aktivacija CO2 v različnih medijih je bila izvedena na podlagi in-situ DRIFT meritev ob sklopitvi masne spektrometrije. CO2 se adsorbira na površino reduciranega CeO2-x v obliki mono-, bi- in polidentata. Ob prisotnosti nizkih koncentracij H2 se mono- in bidentate kot aktivni zvrsti preko tvorbe formata pretvorita v končna produkta CO in H2O. Polidentat, ki v reduktivni atmosferi ostaja stabilen na površini CeO2-x vse do 500 °C, deluje kot pasivna oziroma neaktivna zvrst, katera posledično zaseda ter tako zmanjšuje število aktivnih mest za aktivacijo CO2 med DRM reakcijo. Na podlagi rezultatov in-situ DRIFT meritev ter s pomočjo teoretičnih DFT izračunov je bil predlagan mehanizem CO2 aktivacije na reduciranem Ni/CeO2-x med DRM reakcijo. 2Ni-R katalizator, ki se je obnesel najbolje pri DRM reakciji v termičnih pogojih, je bil posledično izbran za nadaljnje proučevanje DRM reakcije pod foto-termalnimi pogoji, kjer smo ga hkrati spodbujali z vidno svetlobo in toplotno energijo. Ob osvetlitvi z vidno svetlobo je bil opazen dvig hitrost pretvorbe CH4 in CO2, kot tudi prisotnost katalitske aktivnosti vse do temperature 140 °C. Prav tako so pri nižjih reakcijskih temperaturah (< 400 °C) pridobljene konverzije CH4 in CO2 ter H2/CO razmerje presegli termodinamske omejitve. Med vodenjem DRM reakcije v fotokatalitskem načinu, brez zunanjega vira toplote sta bili doseženi hitrosti aktivacije CH4 in CO2 v višini 0.42 oziroma 1.5 mmol (gkat*min)-1. Poleg tega vpliv svetlobe vodi selektivnost produktov k H2 ter povečuje katalitsko stabilnost z preprečevanjem nastajanja in posledično nalaganja ogljika. Strukturna karakterizacija je bila izvedena na podlagi uporabe tehnik XRD, TEM in H2-fizisorpcije, medtem ko so bile za proučevanje optičnih lastnosti katalizatorja izvedene in-situ UV-Vis meritve. Z uporabo ustreznih prepustnih filtrov daljših valovnih dolžin ter s pomočjo teoretičnih izračunov smo uspeli ločiti med dvema foto mehanizmoma, katerih vpliv prispeva k fotokatalitski aktivnosti med izvajanjem DRM reakcije v foto-termalnem načinu. Pri osvetljevanju z valovnimi dolžinami krajšimi od 450 nm je prisoten mehanizem prenosa in tvorbe naboja v reduciranem CeO2-x polprevodniku, medtem ko pri valovnih dolžinah daljših od 450 nm prevladuje mehanizem ojačitev bližnjega polja. Kljub temu je pri izvajanju DRM reakcije pod foto-termalnimi pogoji v celotnem spektru vidne svetlobe (400-800nm) mehanizem prenosa in tvorbe naboja v CeO2-x dominanten, katerega prispevek so 2-3 krat višje hitrosti aktivacije CH4 napram mehanizmu ojačitvi bližnjega polja.
Ključne besede:	DRM, CeO2 nano oblike, reakcijski mehanizem, fotokataliza

Nazaj