Τόπος:
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 24/04/2026 11:00
Λήξη: 24/04/2026 12:00
ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Όνοματεπώνυμο Φοιτητή: Νικολάου Βασίλειος
Α.Μ.: 2023050129
Ημερομηνία Παρουσίασης: 24/04/2026
Ώρα: 11:00 π.μ
Zoom Link: https://tuc-gr.zoom.us/j/99897343658?pwd=dL78THAJPXde8kZbv9SNGnsfSQoqif.1
Meeting ID: 998 9734 3658
Password: 066835
Θέμα ΔE «Μελέτες θερμικής γήρανσης σε καταλύτες (Ru, Pt ή Ni)/(γ-Al2O3 ή CeO2-NRs) και η επίδραση της στην αντίδραση Sabatier»
Title «Thermal aging studies of (Ru, Pt or Ni)/(γ-Al2O3 or CeO2-NRs) catalysts and it's influence on Sabatier reaction»
Επιβλέπων: Γεντεκάκης Ιωάννης
Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή:
1 Γεντεκάκης Ιωάννης
2 Γουρνής Δημήτριος
3 Διαγγελάκης Νικόλαος
Περίληψη:
Η κλιματική κρίση και η αυξανόμενη ατμοσφαιρική ρύπανση αποτελούν μείζονες προκλήσεις, με το φαινόμενο του θερμοκηπίου να απειλεί την παγκόσμια οικολογική ισορροπία. Στο πλαίσιο της ενεργειακής μετάβασης, η αξιοποίηση του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) αποκτά ιδιαίτερη σημασία, καθώς επιτρέπει τη μετατροπή του σε μεθάνιο (CH4). Το παραγόμενο «συνθετικό φυσικό αέριο» μπορεί να αποθηκευτεί και να αξιοποιηθεί στις υπάρχουσες υποδομές μέσω της τεχνολογίας Power-to-Gas, συμβάλλοντας στην αποθήκευση περίσσειας ανανεώσιμης ενέργειας.
Μία πολλά υποσχόμενη μέθοδος αξιοποίησης του CO₂ είναι η αντίδραση υδρογόνωσης ή μεθανοποίησης του CO2 γνωστή και ως αντίδραση Sabatier (CO₂+4H₂↔CH₄+2H₂O, ΔH°= -164,7 kJ/mol). Πρόκειται για εξώθερμη διεργασία, θερμοδυναμικά ευνοημένη σε χαμηλές θερμοκρασίες (200–400 °C) και υψηλές πιέσεις, της οποίας η αποδοτική υλοποίηση απαιτεί καταλύτες υψηλής δραστικότητας, εκλεκτικότητας και θερμικής σταθερότητας. Τόσο ευγενή (Ru, Rh, Pt, Pd, Ir) όσο και μη ευγενή μέταλλα (Ni, Fe, Co) έχουν μελετηθεί ως ενεργές φάσεις, με τους καταλύτες Ni να προσελκύουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον λόγω χαμηλού κόστους και υψηλής δραστικότητας.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η θερμοκαταλυτική υδρογόνωση του CO₂ σε καταλύτες Ru, Pt και Ni υποστηριγμένους νανοράβδους δημητρίου (CeO₂-NRs), με έμφαση στη βελτιστοποίηση της καταλυτικής δραστικότητας, της σταθερότητας και της αντοχής υπο θερμική οξειδωτική γήρανση, σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα γ-Al₂O₃ αντίστοιχα. Οι νανοδομές CeO₂ εμφανίζουν υψηλή ικανότητα αποθήκευσης οξυγόνου (OSC), αυξημένη κινητικότητα πλεγματικού οξυγόνου και αφθονία κενών οξυγόνου, ενισχύοντας τις αλληλεπιδράσεις μετάλλου φορέα και περιορίζοντας τη συσσωμάτωση των μεταλλικών σωματιδίων (sintering). Ο φορέας CeO₂ συντέθηκε υδροθερμικά με μορφολογία νανοράβδων (CeO₂-NRs), ενώ η εναπόθεση των μετάλλων στους φορείς πραγματοποιήθηκε με υγρό εμποτισμό. Η αξιολόγηση των εν λόγω καταλυτών, τα οποία υποβλήθηκαν στο ίδιο πρωτόκολλο οξειδωτικής γήρανσης, πραγματοποιήθηκε μέσω της αντίδρασης υδρογόνωσης του CO₂ στο θερμοκρασιακό εύρος 100–600 °C. Η αντίδραση διεξήχθη υπό τροφοδοσία 20% H₂ και 5% CO₂, σε ισορροπία με Ar, συνολικής παροχής ίση με 19 cm³/min. Παράλληλα εφαρμόστηκαν τεχνικές χαρακτηρισμού (XRD, BET, SEM/EDS, H₂-TPR, H₂-Chemisorption). Οι φυσικοχημικές ιδιότητες και η συμπεριφορά θερμικής σύντηξης των νανοδομημένων υλικών διερευνήθηκαν διεξοδικά μετά την εφαρμογή καλά καθορισμένων πρωτοκόλλων γήρανσης.
Τα αποτελέσματα της παρούσας διπλωματικής εργασίας ενισχύουν την αντίληψη ότι οι φορείς διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στον έλεγχο τόσο της καταλυτικής δραστικότητας όσο και της σταθερότητας των μεταλλικών σωματιδίων έναντι της συσσωμάτωσης (sintering). Οι ενισχυμένες αλληλεπιδράσεις μετάλλου–υποστρώματος και η δομική ανθεκτικότητα του φορέα CeO₂-NRs περιορίζουν αποτελεσματικά τα φαινόμενα συσσωμάτωσης, οδηγώντας σε ανώτερη δραστικότητα και ανθεκτικότητα στην αντίδραση Sabatier, ακόμη και μετά από επαναλαμβανόμενους κύκλους οξειδωτικής γήρανσης, σε σύγκριση με τους αντίστοιχους καταλύτες υποστηριγμένους σε φορείς γ-Al₂O₃. Συνολικά, αναδεικνύεται ότι ο έλεγχος της μορφολογίας του φορέα αποτελεί μια ιδιαίτερα υποσχόμενη στρατηγική για τον σχεδιασμό καταλυτών με υψηλή απόδοση και αυξημένη αντοχή στη συσσωμάτωση για την αντίδραση Sabatier.
ABSTRACT:
The climate crisis and increasing air pollution constitute major challenges of our time, with the greenhouse effect threatening global ecological balance. In the context of the energy transition, the utilization of carbon dioxide (CO₂) has gained significant importance, as it enables its conversion into methane (CH₄). The produced “synthetic natural gas” can be stored and utilized within existing infrastructure through Power-to-Gas technology, contributing to the storage of excess renewable energy.
A promising approach for CO₂ utilization is its hydrogenation, also known as methanation or the Sabatier reaction (CO₂ + 4H₂ ↔ CH₄ + 2H₂O, ΔH° = −164.7 kJ/mol). This exothermic process is thermodynamically favored at relatively low temperatures (200–400 °C) and high pressures, while its efficient implementation requires catalysts with high activity, selectivity, and thermal stability. Both noble (Ru, Rh, Pt, Pd, Ir) and non-noble metals (Ni, Fe, Co) have been investigated as active phases, with Ni-based catalysts attracting particular interest due to their low cost and high activity.
In the present thesis, the thermocatalytic hydrogenation of CO₂ was studied over Ru, Pt, and Ni catalysts supported on ceria nanorods (CeO₂-NRs), with emphasis on optimizing catalytic activity, stability, and resistance under thermal oxidative aging, in comparison with conventional γ-Al₂O₃-supported systems. CeO₂ nanostructures exhibit high oxygen storage capacity (OSC), enhanced lattice oxygen mobility, and a high concentration of oxygen vacancies, strengthening metal–support interactions and mitigating metal particle sintering. The CeO₂ support was synthesized via a hydrothermal method to obtain nanorod morphology, while metal deposition was carried out by wet impregnation. Catalytic evaluation was performed in the temperature range of 100–600 °C under a feed of 20% H₂ and 5% CO₂ balanced with Ar, at a total flow rate of 19 cm³/min. In addition, a wide range of characterization techniques (XRD, BET, SEM/EDS, H₂-TPR, H₂ Chemisorption) was employed. The physicochemical properties and sintering behavior of the nanostructured materials were thoroughly investigated following well-defined aging protocols.
The results demonstrate that the support plays a crucial role in controlling both catalytic activity and the stability of metal particles against sintering. The enhanced metal–support interactions and structural robustness of CeO₂-NRs effectively suppress sintering, leading to superior catalytic performance and durability, even after repeated oxidative aging cycles, compared to γ-Al₂O₃-supported catalysts. Overall, controlling the support morphology emerges as a highly promising strategy for designing high-performance and sintering-resistant catalysts for the Sabatier reaction.
