Katalyytit P2X sovelluksissa

Abstract

Diplomityössä valmistettiin sooli-geeli-synteesillä katalyyttejä ja tutkittiin niiden soveltuvuutta Power-to-methane (P2M) tekniikkaan. Työn aikana suunniteltiin, valmistettiin, karakterisoitiin ja testattiin katalyyttejä metanointireaktiota varten. Kokeellisessa osiossa valmistettiin kaksi katalyyttiä 1 p% ja 10 p% NiAl2O3 sooli-geeli-synteesillä. Katalyytit kuivattiin liuottimen vaihtoon ja pinnanmuokkaukseen perustuvalla aerogeelien alikriittisellä kuivausmenetelmällä. NiAl2O3-katalyytit pintamuokattiin trimetyylimetoksisilaanilla, jotta NiAl2O3-pinnan -OH-ryhmät korvautuisivat -Si-(CH3)3-rakenteella. Tavoitteena oli kapillaaristen voimien ehkäiseminen katalyyttien kuivaamisen aikana, jotta geelin huokosrakenne säilyisi, katalyytit eivät kutistuisi ja muodostuisi erittäin huokoisia aerogeelikatalyyttejä. Kokeellisessa osiossa katalyytit kuitenkin kutistuivat ja halkeilivat kapillaarivoimien vaikutuksesta kuivausvaiheen aikana, mikä viittasi xerogeelirakenteen muodostumiseen. Katalyytit karakterisoitiin fysisorptiomittauksilla, FE-SEM:lla, DRIFT:lla ja XRD:lla. Katalyyttien ominaispinta-alat olivat 309 m2/g ja 337 m2/g. Fysisorptiomittausten perusteella katalyyteillä oli kartiomaisia tai halkeaman tyyppisiä mikrohuokosia sekä mesohuokosia. FE-SEM-tuloksista selvisi, että piin määrä oli erittäin pieni ja pii ei jakautunut tasaisesti katalyyttien pinnalle. XRD- ja DRIFT-tulokset vahvistivat, että katalyyteillä oli -OH-ryhmiä rakenteessa. FE-SEM-kuvista havaittiin, että nikkeli oli kuitenkin tasaisesti dispergoitunut tukiaineeseen. Katalyyttien aktiivisuuskokeissa reaktoriin pakattiin hyvin pieni määrä katalyyttiä. 1 p% NiAl2O3 ei ollut aktiivinen metanointireaktiossa. 10 p% NiAl2O3:lla hiilidioksidin konversio oli 12,14 % 548 °C lämpötilassa ja metaania tuotettiin 23 ppm lämpötilassa 515 °C.