Katalýza na nanostrukturách edí

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Katalýza na nanostrukturách edí"

Milan Špringl
před 6 lety
Počet zobrazení:

1 a životní prostřed edí Zdeněk Sobalík Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AVČR, Praha cat Počet publikací ve všech tématech katalýzy rok publikace Web of sciences

2 nanocat Počet publikací v tématu katalýzy na nanomateriálech cat Počet publikací ve všech tématech katalýzy rok publikace Web of sciences Cíle katalýzy aktivita a selektivita Enzymy jako vysoce selektivní katalyzátory vytvářené a optimalizované v průběhu milliard let Zaostávání průmyslových katalyzátorů (selektivita, hodnoty TOF, obor teplot)

3 Cesty k dokonalé funkci katalyzátoru toru Strukturní optimalizace vlastního aktivního centra bezprostředního okolí aktivního centra přístupu k aktivnímu centru Strategie: Kontrolované vytváření strukturních detailů aktivního centra katalyzátoru v měřítku odpovídajícím rozměrům reagujících molekul Cesta k nanokatalyzátorům

4 Výhody nanomateriálů dokonalá kontrola při syntéze struktur v nano a subnano měřítku tvorba nanočástic (nové vlastnosti malých částic) kombinace obou efektů Přístupy k vytváření (modelových) nanokatalyzátorů: Electron beam lithography Molekulární templátování

5 Electron beam lithography process Schéma přípravy Výsledný modelový systém Klastry s průměrem 50 nm; vzdálenost mezi nimi je 200 nm (Obrázek ze SEM miktroskopu). G. Somorjai, J. Phys. Chem. B, 101 (48), (1997) 9973 Schéma postupu Molecular templating A. Katz and M.E. Davis, Nature 403 (2000), 286.

6 Katalytické procesy v reálném měřítku 1-20 nm ~ cm ~ 1 m SCR( Haldor Topsoe A/S) Katalytické procesy v průmyslovém měřítku Reáln lná verze nanokatalyzátoru toru

7 Proč zeolity Potenciál l k cílenc lenému vytvářen ení nanostruktury zeolitů (acidobasické vlastnosti) metalo-zeolitů (redoxní vlastnosti) Strukturní nástroj kontrola rozložen ení Al(III) ve skeletu

8 Strukturní vzory pro vazbu kationtů Lokální struktury pro vazbu M(II) iontů ve vysokosilikátových zeolitech (Si/Al > 10) α β γ MOR FER MFI BEA* Práce skupiny HI: JPC B 103 (1999) 1462; MMM (2000) 483; JCAT 211 (2002) 198 Potvrzeno XRD Ni, Co-FER Alberti et al. MMM 39 (2000) 423, MMM 62 (2003) 423 Pozice M(II) iontů v zeolitech α ß γ MOR MFI FER BEA*

9 Struktura zeolitů a pozice kationtů Definovaný vnitřní prostor nanoreaktorů Ionty kovů R P R I P Katalytické procesy v průmyslovém měřítku Zeolity jako reáln lná verze nanokatalyzátoru toru

10 Katalýza a životní prostřed edí bezodpadové technologie procesy likvidace odpadů přepracování odpadů na užitečné látky likvidace odpadních látek Katalytické procesy odstraňov ování NO/NO 2 (NOx) Oxidu dusného Amoniaku Oxidu uhelnatého Organických polutantů Zpracování odpadních plastů

11 Katalytické procesy odstraňov ování NO/NO 2 (NOx) Oxidu dusného Amoniaku Oxidu uhelnatého Organických polutantů Zpracování odpadních plastů Koncové plyny z výroby kyseliny dusičné složka koncentrace NO x ppm N 2 O ppm O vol. % H 2 O vol. % teplota tlak K 3 13 bar Anthropogenní zdroje N 2 O (4.7 7 Mt/ročně) Chem. Listy 95(2001)

12 Selektivní katalytická redukce NOx (SCR-NOx) prakticky nejdůležitější katalytický proces se zeolity Redukovadla čpavek močovina uhlovodíky (NH 3 -SCR-NOx) (urea-scr-nox) (CHx-SCR-NOx) NH 3 -SCR-NOx Cu-MFI Konverze NOx (%) Cu-zeolit V 2 O 5 /TiO 2 V 2 O 5 -Al 2 O 3 katalyzátor na bázi V2O5/Ti vyvinutý katalyzátor Cu-ZSM-5 komerční katalyzátor Cu-zeolit katalyzátor na bázi V2O5/Al2O Teplota ( C) Příklad spontání tvorby optimální nanostruktury Cu-zeolit Zahřívání směsi CuO-zeolit v kontrolované atmosféře (CZ patent)

13 Odstraňov ování N 2 O Přřehled ehled procesů: : N 22 O N 2 O + * = N 2 + O* O* + O* = O 2 Heterogenita O* Labilizace kyslíku zeolitického skeletu Vliv vysokoteplotního zpracování na aktivitu Role NO v urychlení rozkladu Vliv stopových koncentrací vody Synergický efekt v systému Fe-Pt,-Rh, -Ru Oscilační efekty při N 2 O rozkladu

14 Rozklad N 2 O Fe-FER Rozklad N 2 O Fe-FER O N N O

15 Rozklad N 2 O C 350 C outlet N2O [ppm] C Fe/Pt-FER 0.58 wt% Pt time [s] Periodické změny konverze N 2 O na zeolitickém katalyzátoru Předpoklady pokroku v oboru

16 Schéma přístupu k spektroskopické analýze katalyzátorů katalytický test UV-Vis-NIR in situ HT steady-state ESR Moessbauer in situ HT FTIR transient state MAS-NMR TPD-TPO-TPR Analýza produktu EXAFS XANES High-temperature / pressure cell Coherent CO 2 laser UV-Vis Avantes Fibre Optic Spectrometer FTIR Nexus 670 PC-controlled flow programmer

17 NH 3 -SCR-NOx (Fe-FER) FER) visualizace průběhu povrchových reakcí speed 2 Závěr

18 Selective catalysts can be considered as nano-machines designed to perform the synthesis of molecules with high reaction activity and high selectivity. These properties arise from a precise control of the structure of the active sites, of the three-dimensional environment and of their relationship. A. Zecchina: CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL 13 (9) 2440 (2007) END

19 N 2 O rozklad (Fe-FER) FER) - role NO Fe(III) Absorbance TimeFe(II) Wavenumber 22

Podobné dokumenty

Heterogenní katalýza

Ústav fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR Heterogenní katalýza Blanka Wichterlová Katalýza cíle Zvýšení rychlosti reakce termodynamicky schůdné Snížení aktivační bariéry tvorbou vazby s katalyzátorem