Zirkonia-pohjaisten kaasutuskaasun puhdistuskatalyyttien karakterisointi

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Katalyyttien karakterisointi on laajeneva katalyysin osa-alue, ja uusia tekniikoita otetaan käyttöön yhä enemmän muilta tieteen aloilta. Karakterisoinnin tulisi vastata ainakin seuraaviin kysymyksiin: 1) mitkä katalyytin ominaisuudet korreloivat sen aktiivisuuden kanssa, 2) mitkä ovat keskeisiä välituotteita ja miten ne adsorboituvat katalyytin pinnalle, 3) millaisia pintapaikkoja välituotteille tarvitaan ja 4) mikä on tutkitun reaktion mekanismi. Tässä työssä tutkittiin zirkonia-pohjaisia (ZrO2) katalyyttejä. Zirkonian katalyyttiset sovellukset usein hyödyntävät sen happamia ja emäksisiä pintaominaisuuksia, vaikka niiden vahvuus on suhteellisen heikko. Zirkonian katalyyttisiä ominaisuuksia ja lämpöstabiilisuutta voidaan edelleen parantaa seostamalla siihen lisäaineita. Zirkonian on raportoitu sietävän rikkipitoisia yhdisteitä ja olevan kestävämpi vettä kohtaan kuin esim. alumiinioksidi. Nämä ainutlaatuiset ominaisuudet ovat johtaneet zirkonia-katalyyttien tutkimukseen myös kaasutuskaasun puhdistuksessa. Biomassan kaasutus on potentiaalinen ja ympäristöystävällinen tapa tuottaa energiaa, biopolttoaineita ja kemikaaleja. Kaasutus on prosessi, jossa biomassa muunnetaan kaasumaiseksi tuotteeksi. Kaasutuskaasun pääkomponentit ovat hiilimonoksidi, vety ja hiilidioksidi. Kaasu sisältää myös epäpuhtauksia, kuten ammoniakkia ja tervaa, joten kaasu on puhdistettava ennen käyttöä. Zirkonia-katalyyttien on havaittu selektiivisesti hapettavan tervamolekyylejä kaasutuskaasun puhdistuksessa 600-900 °C:ssa, kun kaasuun on lisätty pieni määrä happea. Tässä työssä tutkittavat katalyytit olivat ZrO2, Y2O3-ZrO2 ja SiO2-ZrO2. Katalyyttien kaasutuskaasun puhdistusaktiivisuusjärjestys oli ZrO2 > Y2O3-ZrO2 > SiO2-ZrO2. Katalyytin happamuus osoittautui epäsuotuisaksi kaasutuskaasun puhdistuskatalyytin ominaisuudeksi, kun taas emäksisyys näyttäisi olevan hyödyllinen. Mittauksissa havaittiin neljä erilaista tolueenista peräisin olevaa pintayhdistettä: molekulaarisesti adsorboitu tolueeni, bentsoaatti, hiilipitoinen kerrostuma ja bentsyyli, joista jälkimmäinen osoittautui olevan keskeinen välituote tolueenin hapetusreaktiossa. Tolueeni hapettui täysin yli 550 °C:n lämpötilassa kaikilla katalyyteillä muodostaen hiilidioksidia, vettä, hiilimonoksidia ja vetyä. Kaasutuskaasun pääkomponenteista vesi vähensi kaikkien katalyyttien tolueenin hapetusaktiivisuutta; eniten SiO2-ZrO2:lla ja vähiten puhtaalla zirkonialla. Katalyyttien kykyä suojella arvokkaita kaasutuskaasun komponentteja hapettaessaan tolueenia kuvattiin preferentiaaliseksi hapetukseksi. Puhdas zirkonia-katalyytti suosi tolueenin hapetusta ja suojeli hiilimonoksidia ja vetyä parhaiten tutkituista katalyyteistä korkeammissa lämpötiloissa. Puhtaan zirkonian tervan hapetusaktiivisuutta voidaan kuitenkin edelleen parantaa ja kaasutusprosessia optimoida, jotta se olisi kilpailukykyisempi fossiilisiin polttoaineisiin perustuviin sovelluksiin verrattuna.
Julkaisun otsikon käännösZirkonia-pohjaisten kaasutuskaasun puhdistuskatalyyttien karakterisointi
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Seppälä, Jukka, Valvoja
  • Kanervo, Jaana, Ohjaaja
  • Lehtonen, Juha, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7322-4
Sähköinen ISBN978-952-60-7321-7
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • Zirkonia
  • katalyyttien karakterisointi
  • kaasutuskaasun puhdistus

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Zirkonia-pohjaisten kaasutuskaasun puhdistuskatalyyttien karakterisointi'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

  • Laitteet

  • Siteeraa tätä