Iskanje po katalogu digitalne knjižnice

Opis: Doktorsko delo predstavlja raziskave in izsledke na področju magnetno grete katalize za razklop in sintezo amonijaka. Magnetno gretje za namene katalize je relativno nov pristop, ki omogoča izredno hitro gretje katalizatorja brez fizičnega stika med indukcijsko tuljavo in ferimagnetnim ali feromagnetnim materialom v njeni notranjosti, ki se segreje v izmeničnem magnetnem polju (100–300 kHz). Brezkontaktni prenos energije in Joulovo gretje v električnem prevodniku zaradi induciranih vrtinčnih tokov je že uveljavljena tehnologija, trenutno v uporabi za kaljenje, taljenje, lotanje in varjenje kovinskih izdelkov. Zanimiv je tudi način izdelave z interferenčnim prileganjem sestavnih delov, kjer je potrebno segreti eno komponentno, da se razširi, nakar je vanjo mogoče vstaviti drugo. V redkih primerih lahko ta pristop uporabimo za gretje kovinskega medija znotraj reaktorja za katalizo. Za indukcijsko gretje prevodnika potrebujemo večje delce, vsaj nekaj mikronov, kar pa močno presega red velikosti zrn katalizatorja, ki morajo biti zaradi čim večje specifične površine majhna. V delu smo se osredotočili na razvoj nanostrukturnih materialov, ki so zmožni katalize in gretja po drugem mehanizmu sproščanja energije, na račun histereznih izgub v visokofrekvenčnem magnetnem polju, kar smo za namene naših raziskav poimenovali magnetno gretje. Razvili smo več kompozitnih materialov, ki smo jih prilagodili trenutnim potrebam. Zaradi potrebe po dolgoročni stabilnosti katalizatorja v reduktivni atmosferi smo pripravili kompozit, ki sestoji iz magnetne podlage in katalitskih nanodelcev. Podlaga vsebuje feromagnetna jedra zlitine Co in Ni, ki tekom reakcije v reduktivnih pogojih ohranijo feromagnetne lastnosti, s spreminjanjem razmerja med kovinama pa vplivamo na lastnosti histerezne zanke in posledično sposobnosti gretja. Jedra so ukleščena v katalitsko podlago, γ-Al2O3 z veliko specifično površino (200 m2/g), ki preprečuje njihovo rast pri povišanih temperaturah in omogoča prenos toplote s feromagnetnih jeder do nanodelcev Ru, ki se nahajajo na njeni površini. Opisani katalizator vsebuje dve vrsti nanodelcev. Feromagnetna zlitina CoNi omogoča gretje, Ru pa nudi katalitska mesta. Ker v literaturi nismo zasledili materialov, zmožnih hkratnega magnetnega gretja in katalize, smo razvili zlitino Ru in Co, s čemer smo želeli poenostaviti postopek priprave in omogočiti sproščanje toplote neposredno na katalitskem mestu. Bimetalni delci se najahajo na površini nemagnetnega γ-Al2O3, ki pa v tem primeru zgolj služi kot podlaga in ne omogoča gretja. Rutenij je žlahtna kovina, ki katalizira razklop in tvorbo amonijaka, reakcija pa je ravnotežna. Amonijak je molekula z visoko vsebnostjo vodika, ker pa je transport vodika pri povišanem tlaku nevaren, se raziskujejo možnosti kemijske vezave. S katalitskim razklopom amonijaka pri povišani temperaturi lahko po potrebi proizvedemo vodik, sinteza amonijaka pa je eksotermna reakcija. Za testiranje plinske katalize z magnetnim gretjem smo sestavili nov reaktorski sistem. V tuljavo indukcijskega ogrevalnika smo namestili cevko iz kremenovega stekla z magnetnim katalizatorjem, temperaturo pa smo spremljali z nemagnetnim termočlenom. Za preučevanje razklopa amonijaka smo uporabili razredčen amonijak pri sobnem tlaku, razpadne produkte in preostali amonijak pa smo spremljali s plinskim kromatografom in z masnim spektrometrom. Z bimetalnim katalizatorjem RuCo na nemagnetni podlagi smo pri 520 °C dosegli popolno pretvorbo 2,5 vol.% NH3 (40 mL/min). Z rutenijevim katalizatorjem na magnetnem γ-Al2O3 smo ugotovili, da je pri pretoku 30 mL/min 10 vol.% NH3 pretvorba popolna že pri 400 °C. Za sintezo amonijaka smo uporabili vodik in dušik pri 30 bar ter enak rutenijev katalizator, saj je bil cilj pokazati reverzibilnost razvite tehnologije, ki jo usmerjamo z izbiro pogojev. Največji delež NH3 v efluentu in s tem najvišjo proizvodnost smo zaznali pri 550 °C (0,66 %), ki je z nadaljnjim dvigom temperature pričel upadati.
Ključne besede: Magnetna kataliza, razklop amonijaka, kompozitni katalizator, rutenij, nanodelci RuCo
Objavljeno v DKUM: 28.03.2025; Ogledov: 0; Prenosov: 52
Celotno besedilo (11,28 MB)

Opis: Ob zmeraj obsežnejši uporabi plastike in polimerov, kot je polietilen tereftalat, se pojavlja vprašanje rokovanja z odsluženimi produkti. Ponovna predelava odpadne plastike je bila doslej obsežno raziskana, vendar se stopnja predelave polietilen tereftalata gibje le nekje okrog 30 %. Razlog za tako nizko vrednost lahko pripišemo nizkim proizvodnim stroškom nove plastike in visokim stroškom reciklaže, kar občutno dvigne ceno reciklirani plastiki. Kot ena izmed najboljših rešitev pri rokovanju z odpadnim polietilen tereftalatom se pojavljajo kemokatalitični in toplotni pristopi razgradnje na tereftalno kislino in etilen glikol. Najprimernejši katalizatorji za razgradnjo polietilen tereftalata so zeoliti ali silikati, kot na primer ZSM-5 ali SBA-15. SBA-15 je material iz silicijevega dioksida, ki ima veliko specifično površino in je zelo primeren kot nosilec za aktivne komponente - katalizatorje. ZSM-5 je sintetični zeolit, ki vsebuje silicijev dioksid in aluminijev oksid. V tem razmerju prevladuje količina silicijevega dioksida. Katalizator je znan kot ZSM-5, ker ima pore premera 5 Å (angstromov). Tekom študije smo sintetizirali različne kislinske katalizatorje na osnovi SBA-15 z metodo mokre impregnacije in zeolit ZSM-5. Za vezavo na SBA-15 smo kot aktivne soli uporabili: NiNO3, Al(NO3)3, Mg(NO3)2, ZnO, MgO in ZnCl2. Sintetizirane katalizatorje smo okarakterizirali z N2 adsorpcijo, vrstično elektronsko mikroskopijo, temperaturno programirano desorpcijo NH3, diferenčno dinamično kalorimetrijo, termogravimetrično analizo, dinamičnim sipanjem svetlobe in infrardečo spektroskopijo s Fourierjevo transformacijo. Na podlagi karakterizacije smo določili aktivne katalizatorje. Učinkovitost le-teh smo preverjali pri reakciji razgradnje polietilen tereftalata pri povišanih temperaturah. Reakcije razgradnje smo izvedli v visokotlačnih lončkih z uporabo diferenčne dinamične kalorimetrije. Vzorce smo analizirali s tekočinsko kromatografijo visoke ločljivosti sklopljeno z UV-VIS detektorjem.
Ključne besede: ZSM-5, SBA-15, katalizator, razgradnja, polietilen tereftalat
Objavljeno v DKUM: 27.10.2023; Ogledov: 414; Prenosov: 83
Celotno besedilo (4,22 MB)

Opis: V diplomskem delu smo raziskovali reakcijo epoksidacije etilena na srebrovih katalizatorjih. Epoksidacija etilena je komercialno ena najpomembnejših selektivnih oksidacijskih reakcij. Etilen epoksid je vsestransko uporabna kemikalija, ki se neposredno uporablja za sterilizacijo in dezinfekcijo, kot fungicid, še pogosteje pa kot surovina za pridobivanje drugih spojin (etilen glikol, detergenti, etanolamini, itd.). Navadno ga pridobivamo kot produkt nadzorovane oksidacije etilena s kisikom na srebrovem katalizatorju, saj ta ne prekine vezi med vodikom in ogljikom, kar bi vodilo v reakcijo gorenja. Katalizatorju pogosto dodamo cezij, klor, baker ali žlahtne kovine in s tem povečamo njegovo selektivnost. V tem diplomskem delu s pomočjo matematičnega modela v programskem jeziku Python raziskujemo, kako različni pogoji vplivajo na hitrost reakcije in njeno selektivnost na različnih srebrovih katalizatorjih. Zanima nas, kako se spreminja selektivnost, katera temperatura je najugodnejša, kateri tlak izberemo za najoptimalnejši potek reakcije in kateri naj bo katalizator.
Ključne besede: mikrokinetični model, epoksidacija, kinetika, srebro, katalizator
Objavljeno v DKUM: 14.04.2023; Ogledov: 657; Prenosov: 51
Celotno besedilo (1,87 MB)

Opis: Namen našega magistrskega dela je bil s postopkom direktne sinteze sintetizirati katalizator na osnovi mezoporozne silike MCM-41. Po uspešni sintezi katalizatorja smo preverjali njegovo učinkovitost na reakciji esterifikacije miristinske kisline z metalom, pri čemer je nastal produkt metil miristat. Koncentracijo metil miristata smo določili s pomočjo HPLC z UV-VIS detektorjem. Reakcijo esterifikacije smo izvedli v šaržnem reaktorju pri različnih temperaturah (50, 55, 60 in 64,5) ⁰C in različnih dodanih masah katalizatorja (0,05, 0,075, 0,1 in 0,125) g. Kinetiko smo izvajali pri različnih masah in temperaturah, da bi lažje določili kinetične parametre. Pri najvišji temperaturi in največji masi katalizatorja smo preverjali aktivnost katalizatorja po ponovni uporabi. Po 1. uporabi katalizatorja je njegova presnova znašala 81%, medtem ko po 4. uporabi je znašala 25 % kar nam pokaže, da je katalizator zelo aktiven in primeren za to vrstno reakcijo. S povišanjem temperature se je posledično koncentracija metil miristata povečevala, posledično se je tudi presnova miristinske kisline povečala. Po končani kinetiki smo določili še naslednje parametre: konstanto proizvodnosti, aktivacijske energije in pred-eksponentne faktorje z uporabo Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson-ovega modela. V drugem delu magistrskega dela je sledila podrobna karakterizacija sintetiziranega mezoporoznega katalizatorja z naslednjimi metodami: DSC, BET, FTIR, TGA, NH3 fizisorpcija in DLS. S pomočjo temperaturno programirno desorpcije smo preverjali aktivnost katalizatorja na začetku in po 4. ponovni uporabi. Ugotovili smo, da je katalizator po 4. uporabi zmanjšal svojo aktivnost, saj so bila prisotna še šibka kislinska mesta. Rezultati analize so potrdili visoko specifično površino (922,95 m2/g) in volumen por (0,453 cm3/g). S pomočjo DLS analize smo ugotovili, da je povprečna velikost delcev znašala 1400 nm.
Ključne besede: esterifikacija, MCM-41, miristinska kislina, katalizator, kinetika
Objavljeno v DKUM: 05.09.2022; Ogledov: 569; Prenosov: 52
Celotno besedilo (2,10 MB)

Opis: V okviru magistrske naloge smo sintetizirali katalizatorje na osnovi TiO2 z aktivno soljo AlCl3. Ti katalizatorji so bili aktivni in s tem tudi primerni za reakcijo med metanolom in miristinsko kislino. Sintetizirani katalizatorji so imeli različna masna razmerja med TiO2 in AlCl3. Katalizatorje smo pripravili tako, da smo s postopkom mokre impregnacije na nosilec TiO2 vezali AlCl3. Učinkovitost katalizatorja smo preverjali na reakciji esterifikacije miristinske kisline z metanolom v reaktorskem sistemu EasyMax 102. Reakcijo smo izvajali v majhnih reaktorjih, podobnih nekoliko večjim epruvetam, ki smo jih lahko zamašili z zamaškom. Reakcije smo izvajali z različnimi količinami sintetiziranega katalizatorja, m = (0,05, 0,075, 0,1, 0,2, 0,3 in 0,4) g. Nato smo pripravili raztopino, ki je vsebovala 0,15 g miristinske kisline, ki smo jo raztopili v metanolu in v 10 mL bučki dopolnili do oznake. Vzorce smo jemali iz reaktorskega sistema v različnih časovnih intervalih t = (¼, ½ , ¾, 1, 1,5, 2, 3, 4 in 5) h. Po končanih meritvah smo vzorce analizirali na napravi HPLC z UV-VIS detektorjem. V magistrskem delu smo za karakterizacijo katalizatorjev uporabili temperaturno programirano desorpcijo (TPD), infrardečo spektroskopijo s Fourierjevo transformacijo FTIR, N2 adsorpcioa BET, termogravimetrično analizo (TGA) in diferenčno dinamično kalorimetrijo (DSC). S programom Scientist od MicroMath in ob uporabi Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson-ovega modela (LHHW) ter Arrhenius-ove zveze smo določili kinetične parametre preiskovanega sistema: konstante proizvodnosti, aktivacijske energije in pred-eksponentne faktorje. Potrdili smo znano dejstvo, da presnove naraščajo s časom, kakor tudi, da presnova narašča hitreje, ko željena reakcija poteka pri višjih temperaturah. Zaznali smo, da presnova narašča hitreje pri tistih reakcijah, katere so imele na nosilec TiO2 več vezanega AlCl3. Iz rezultatov naših raziskav razberemo, da so bila na katalizatorju prisotna šibka kislinska mesta in da se je ob ponovni uporabi aktivnost katalizatorja močno zmanjšala. Prisotnost šibkih vezi v katalizatorju je bila potrjena z analizo TPD. V nadaljevanju smo ugotovili, da se aktivacijska energija preučevane reakcije zmanjšuje z večanjem mase AlCl3 na katalizatorju. Večjo aktivnost smo dosegli z bolj grobo zrnatim TiO2, manj primeren nosilec je bil fino zrnat oz. nano zrnat TiO2. Iz rezultatov analize BET smo lahko sklepali, da imajo naši katalizatorji majhno poroznost.
Ključne besede: katalizator, TiO2, metil miristat, miristinska kislina, kinetika, Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson kinetični model
Objavljeno v DKUM: 26.07.2022; Ogledov: 738; Prenosov: 90
Celotno besedilo (4,15 MB)