Die Herstellung und Charakterisierung von Kupfer-, Chrom- und Titanoxidkatalysatoren auf Basis Porenbeton zur katalytischen Nachverbrennung von flüchtigen organischen Stoffen
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Dimitrios Vasilakakis, Universitäts- Und Landesbibliothek Sachsen-Anhalt, Martin-Luther Universität, Lothar Mörl, Frank T. Edelmann
2018
...ich fragte mich nach dem Sinn und Ziel dieser Welt, und tragen wir Eintagsgeschöpfe dazu bei, dieses Ziel zu erreichen? Das Ziel des Menschen, meint Sorbas, besteht darin, Materie in Freude zu verwandeln. Manche sagen, in Geist. Was, von anderer Warte aus betrachtet, auf dasselbe hinausläuft. Aber warum? Und wozu? ... Niemand weiß es. Aber wir haben, scheint es, die Pflicht, immer neue Frage zu stellen und mit Aufgebot aller Kräfte immer neue Antworte zu finden. Jede unserer Antworten
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... t in jeder Epoche die äußerste Grenze, die wir erreichen konnten, und einen Damm, der uns vor dem Sturz in den Abgrund beschützt.-Vom Nikos Kazantzakis' "Sorbas- Abstract The elimination of the anthropogenic VOCs presents one of the biggest challenges for environmental technology, due to its grave implications on human health. Catalytic combustion, with clear advantages as low energy costs and a broad application spectrum, is considered as one of the most important methods in this field. Especially in heterogeneous catalysis the selection of the best catalyst substrate plays a major role. Aerated Auto-conclaved Concrete (AAC) has already raised great interest in the field of environmental technology, thanks to its high porosity, thermal stability and especially thanks to its ability to exchange ions in its structure. The goal of the present thesis has been to apply AAC as a substrate in heterogeneous catalysis and to test its efficiency with a series of analyses. Copper, chromium and titanium oxide catalysts on an AAC substrate were prepared. Two methods were applied for this purpose: -The classic wet impregnation -Dry impregnation under vacuum conditions. This method delivers catalysts with a similar metal content as in wet impregnation, whereas the impregnation time and quantity of active substances are clearly lower. The catalyst characterization was carried out with a series of methods. These delivered important information about the catalysts' structure, as well as their composition. The results verify the presence of the corresponding desired active substancestenorite (CuO), eskolaite (Cr 2 O 3 ) and anatase (TiO 2 ) -in all three prepared catalysts. The catalysts were consequently applied in a lab scale plant for the catalytic combustion of ethanol. Titanium oxide showed activity already at temperatures around 30°C, its overall results lagged nevertheless clearly behind those of copper and chromium oxide. The latter two catalysts displayed satisfying activity, with an activation temperature of around 200°C. Zusammenfassung Die Minderung der anthropogenen VOCs in der Industrie stellt heutzutage wegen des starken Einflusses auf die menschliche Gesundheit eine von den größten Herausforderungen für die Umwelttechnik dar. Dank klaren Vorteilen wie niedrige Energiekosten und einen breiten Einsatzspektrum gilt die katalytische Nachverbrennung als eine der wichtigsten Methoden in diesem Bereich. Insbesondere bei der heterogenen Katalyse spielt die Auswahl des richtigen Trägermaterials eine wichtige Rolle. Porenbeton hat schon in der Umwelttechnik großes Interesse erweckt, dank seiner hohen Porosität, thermischen Stabilität und vor allem seiner Fähigkeit, Ionen in seiner Struktur auszutauschen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Porenbeton als Trägermaterial in der heterogenen Katalyse einzusetzen und seine Tauglichkeit mit einer Reihe von Analysen zu prüfen. Kupfer-, Chrom-und Titanoxidkatalysatoren wurden auf Basis Porenbeton hergestellt. Zwei Methoden wurden dabei eingesetzt: -Die klassische Nassimprägnierung mit Lösungsüberschuss -Die Nassimprägnierung ohne Lösungsüberschuss unter Vakuumbedingungen. Die Methode liefert Katalysatoren mit einem ähnlich hohen Metallgehalt wie die Nassimprägnierung mit Lösungsüberschuss, bei deutlich kürzeren Tauchzeiten und Aktivstoffmengen. Die Charakterisierung der Katalysatoren erfolgte mit einer Reihe von Methoden. Diese haben wichtige Erläuterungen über die Struktur der Katalysatoren geliefert, sowie dessen genaue Zusammensetzung. Die Ergebnisse bestätigen die Präsenz der jeweiligen erwünschten Aktivstoffen -Tenorit (CuO), Eskolait (Cr 2 O 3 ) und Anatas (TiO 2 ) -in allen drei hergestellten Katalysatoren. Die Katalysatoren wurden anschließend zur katalytischen Nachverbrennung von Ethanol an einer kleintechnischen Anlage eingesetzt. Titanoxid hat schon bei Temperaturen um die 30°C Aktivität gezeigt, seine allgemeinen Ergebnisse lagen allerdings deutlich hinter denen von Kupfer-und Chromoxid. Die beiden letzteren Katalysatoren haben zufrieden stellende Aktivität gezeigt, bei einer Aktivierungstemperatur um die 200°C.
doi:10.25673/5289
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