| Title: | Razvoj magnetno segrevanih katalizatorjev za kemijsko hrambo vodika : doktorska disertacija |
|---|
| Authors: | ID Sedminek, Anja (Author) ID Gyergyek, Sašo (Mentor) More about this mentor...  ID Likozar, Blaž (Comentor) |
| Files: | DOK_Sedminek_Anja_2025.pdf (8,66 MB) MD5: 66BB76927C632E46DD5EDF8B093EAAF6
|
|---|
| Language: | Slovenian |
|---|
| Work type: | Doctoral dissertation |
|---|
| Typology: | 2.08 - Doctoral Dissertation |
|---|
| Organization: | FKKT - Faculty of Chemistry and Chemical Engineering
|
|---|
| Abstract: | Doktorska disertacija obravnava razvoj inovativnih magnetno odzivnih nanokompozitov, namenjenih uporabi kot nosilcev katalizatorjev za elektrificirane kemijske procese. Uporaba izmeničnega magnetnega polja omogoča lokalizirano, hitro in selektivno segrevanje katalitskega sloja, kar predstavlja alternativo klasičnim načinom gretja ter prispeva k večji energetski učinkovitosti in združljivosti procesov z obnovljivimi viri energije.
Glavni cilj doktorske disertacije je bil razvoj in karakterizacija novih magnetnih materialov za tehnologijo magnetno segrevane katalize ter preizkus njihove aktivnosti v procesih, ki omogočajo pretvorbo električne energije v kemijsko, kot je shranjevanje energije v molekulah, bogatih z vodikom. Preučili smo dva ključna primera: shranjevanje energije v obliki amonijaka (NH₃) ter v tekočih organskih nosilcih vodika (LOHC).
Za ta namen smo razvili postopek priprave CoxNi1-x-Al₂O₃ nanokompozitov, prenosljiv na večjo skalo, v katerih so zlitinski nanodelci CoNi (~ 15 nm) homogeno porazdeljeni po porozni matrici iz aluminijevega oksida. Ti materiali imajo visoko specifično površino (~150 m² g⁻¹), so stabilni in se učinkovito segrevajo (≥ 500 °C, 25 mT), ko so izpostavljeni izmeničnemu magnetnemu polju. Nanos rutenijevih nanodelcev (1 ut.%, 2-7 nm) in njihova promocija z barijem (4,5 ut.%) sta omogočila pripravo katalizatorjev z visoko disperzijo (54 %) ter dobro pokritostjo (52 %) aktivnih mest.
Eksperimenti sinteze in razgradnje amonijaka so potekali v namensko izdelanem kvarčnem reaktorju, ki omogoča obratovanje pri povišanih tlakih. Rezultati kažejo, da z barijem promoviran rutenijev katalizator pri sintezi NH₃ doseže reakcijsko hitrost 1600 mmol NH₃ gRu⁻¹ h⁻¹ pri 400 °C in 5,5 MPa, medtem ko nepromoviran katalizator doseže pri enakih pogojih zgolj 158 mmol NH₃ gRu⁻¹ h⁻¹. Podoben trend je prav tako pri razgradnji, kjer je popolna pretvorba s promoviranim katalizatorjem pri 50 °C nižja kot pri nepromoviranem. Poskusi, kjer smo dinamično vklapljali in izklapljali izmenično magnetno polje, so pokazali doseganje stacionarnih stanj v približno 10-15 min. Kvantnomehanski izračuni in modeliranje mikrokinetike so pokazali, da stična površina med barijevim oksidom in rutenijem bistveno olajša hitrost določujočo stopnjo, ki je razklop N2, kar pojasni opaženo povečano aktivnost z barijem promoviranih katalizatorjev.
Aktivnost pripravljenih magnetnih katalizatorjev smo testirali tudi v šaržnem sistemu v procesih hidrogenacije tekočih organskih nosilcev vodika, in sicer na toluenu in dibenziltoluenu. Pri nizkem tlaku (1 MPa) in zmernih temperaturah (120–150 °C) smo dosegli visoke stopnje pretvorbe. Pri toluenu je bila 100-odstotna pretvorba dosežena že po dveh urah pri 120 °C, medtem ko je bil pri 150 °C za popolnoma hidrogeniranem dibenziltoluen dosežen izkoristek 37,6 % po 7,4 urah reakcije.
Disertacija uvaja nov koncept katalitskih procesov, ki temeljijo na magnetnem segrevanju katalitskega sloja. Ta inovativni pristop predstavlja izviren znanstveni prispevek, saj omogoča učinkovitejšo izrabo energije, hitrejši odziv sistema in odpira možnosti za razvoj prilagodljivih, nizkoogljičnih tehnologij, združljivih z obnovljivimi viri energije. Doseženi rezultati potrjujejo uporabnost razvitih materialov za dolgoročno shranjevanje energije v kemijski obliki in s tem pomembno prispevajo k trajnostnemu razvoju alternativnih tehnologij. |
|---|
| Keywords: | magnetna kataliza, katalizator, elektrifikacija, amoniak, LOHC, obnovljivi viri energije |
|---|
| Place of publishing: | Maribor |
|---|
| Place of performance: | Maribor |
|---|
| Publisher: | [A. Sedminek] |
|---|
| Year of publishing: | 2025 |
|---|
| Number of pages: | XVI, 117 str. |
|---|
| PID: | 20.500.12556/DKUM-95456  |
|---|
| UDC: | 544.478.032.53:621.355(043.3) |
|---|
| COBISS.SI-ID: | 263388163  |
|---|
| Publication date in DKUM: | 23.12.2025 |
|---|
| Views: | 200 |
|---|
| Downloads: | 34 |
|---|
| Metadata: |  |
|---|
| Categories: | KTFMB - FKKT
|
|---|
|
:
|
Copy citation |
|---|
| | | | Average score: | (0 votes) |
|---|
| Your score: | Voting is allowed only for logged in users. |
|---|
| Share: |  |
|---|
Hover the mouse pointer over a document title to show the abstract or click
on the title to get all document metadata. |