Καταλυτική καύση του μονοξειδίου του άνθρακα σε αντιδραστήρα σταθεροποιημένης κλίνης

Abstract

Η εφαρμογή της καταλυτικής καύσης στις περισσότερες συσκευές που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας (μετατροπή της χημικής ενέργειας σε θερμική ενέργεια) αποτελεί ταυτόχρονα ένα αποτελεσματικό τρόπο για την καταπολέμηση ενός μεγάλου μέρους των παραγόμενων ρύπων. Η καταπολέμηση ενός από αυτούς, του μονοξειδίου του άνθρακα, άρχισε τα τελευταία χρόνια να γίνεται αντικείμενο μελέτης από πολλές ερευνητικές ομάδες σε ολόκληρο τον κόσμο, εξαιτίας της επιβάρυνσης του περιβάλλοντος. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η καταλυτική καύση σχετικά μικρών συγκεντρώσεων (10- 10'3 atm) μονοξειδίου του άνθρακα σε αντιδραστήρα συνεχούς ροής με σταθεροποιημένη κλίνη. Τα ήδη υπάρχοντα βιβλιογραφικά στοιχεία καθώς επίσης και αυτά που παρουσιάζονται στη συνέχεια αποδεικνύουν το σημαντικό ρόλο που μπορεί να παίξει η κατάλυση στη διεργασία της καύσης. Για την ολοκλήρωση των στόχων της παρούσας εργασίας σχεδιάστηκε και παρασκευάστηκε ένας καταλύτης με δομή περοβσκίτη και χημικό τύπο Lao.6Sro.4Coo.8Feo.2O3. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι, παρά το χαμηλό του κόστος, πρόκειται για έναν πολύ αποτελεσματικό και ανθεκτικό καταλύτη για την καύση ακόμη και μικρών συγκεντρώσεων μονοξειδίου του άνθρακα. Οι πειραματικές μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σ ένα θερμοκρασιακό διάστημα μεταξύ 100-300°C και σε πιέσεις οξυγόνου και μονοξειδίου που ξεκινούσαν από 0,0025 atm. Η ενέργεια ενεργοποίησης βρέθηκε ίση με 14,5 + 1 kcal/mol σύμφωνα με τις μετρήσεις που έγιναν στην κινητική περιοχή. Η εξαγωγή μιας εξίσωσης ρυθμού προέκυψε από μετρήσεις στην ίδια θερμοκρασιακή και επέτρεψε τη δημιουργία ενός θεωρητικού μοντέλου για την πρόβλεψη του ρυθμού της αντίδρασης. Οι τιμές για το ρυθμό της αντίδρασης από τη θεωρητική εξίσωση βρίσκονται σε αρκετά καλή συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα.