{"id":3674,"date":"2022-01-28T14:05:26","date_gmt":"2022-01-28T13:05:26","guid":{"rendered":"https:\/\/fusioncat.es\/?p=3674"},"modified":"2022-02-28T12:50:44","modified_gmt":"2022-02-28T11:50:44","slug":"upcn2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/noticies\/upcn2\/","title":{"rendered":"[Tech] Desenvolupament i an\u00e0lisis de catalitzadors multicomponent per a la recuperaci\u00f3 d\u2019hidrogen en reactors nuclears de fusi\u00f3"},"content":{"rendered":"

El laboratori de cat\u00e0lisi y energia forma part del grup de recerca Nanoenginyeria de Materials Aplicats a l\u2019Energia (NEMEN) de la UPC. Una de les principals activitats del grup NEMEN \u00e9s el desenvolupament de catalitzadors i reactors catal\u00edtics per a l\u2019obtenci\u00f3 d\u2019hidrogen i pel desenvolupament de tecnologies relacionades amb l\u2019hidrogen. El grup NEMEN forma part de l\u2019Institut de T\u00e8cniques Energ\u00e8tiques i del Departament d\u2019Enginyeria Qu\u00edmica de la Universitat Polit\u00e8cnica de Catalunya.<\/p>\n

Un dels principals reptes per desenvolupar totalment els reactors de fusi\u00f3 nuclear \u00e9s la recuperaci\u00f3 dels is\u00f2tops d\u2019hidrogen i la separaci\u00f3 d\u2019aquests de les impureses generades en el reactor nuclear. L\u2019\u00fas de membranes de Pd per separar l\u2019hidrogen de les possibles impureses s\u2019ha est\u00e8s en els darrers anys, aix\u00f2 no obstant, la pres\u00e8ncia de mon\u00f2xid de carboni (CO) o met\u00e0 (CH4<\/sub>) malmet les membranes i redueix dr\u00e0sticament la seva vida \u00fatil. Per tant, cal trobar mecanismes que protegeixin les membranes de Pd per augmentar-ne la seva durabilitat i efici\u00e8ncia. En aquest sentit, el principal objectiu del grup NEMEN \u00e9s preparar un catalitzador multicomponent que cobreixi, protegeixi i mantingui el rendiment elevat la membrana de Pd fent reaccionar i descompondre aquelles impureses que puguin malmetre-la i sense que impliqui un consum d\u2019hidrogen. Aquest objectiu forma part de la tasca 2.4 del projecte FusionCAT del qual el grup NEMEN en forma part.<\/p>\n

La selecci\u00f3 i el desenvolupament de catalitzadors multicomponent suposen en s\u00ed mateix un repte, donat que les principal reaccions catal\u00edtiques necess\u00e0ries per eliminar la majoria d\u2019impureses ocorren a diferents condicions de temperatura i pressi\u00f3. Per tant, tenint en compte les principals reaccions i els diferents catalitzadors trobats a la bibliografia, s\u2019han preparat i estudiat diferents formulacions de catalitzadors per estudiar-ne la seva viabilitat.<\/p>\n

En qu\u00edmica, el suport d\u2019un catalitzador, normalment un s\u00f2lid amb una elevada \u00e0rea superficial, on el catalitzador es troba adherit. El suport pot ser catal\u00edticament inert, per\u00f2 freq\u00fcentment contribueix de manera significativa en les reaccions catal\u00edtiques. Per tant, no nom\u00e9s \u00e9s important trobar el suport adequat per a cada catalitzador, si no tamb\u00e9 maximitzar la seva \u00e0rea superficial. Els principals materials analitzats per a ser emprats com a suport son aquells basats en la ceria (CeO2<\/sub>), l\u2019al\u00famina (Al2<\/sub>O3<\/sub>), la zirc\u00f2nia (ZrO2<\/sub>) i l\u2019\u00f2xid de lantani (La2<\/sub>O3<\/sub>) i els metalls n\u00edquel (Ni), ferro (Fe) i Rodi (Rh) com a fases actives. A la taula 1 es mostres els catalizardors preparats, aix\u00ed com el tant per cent en pes (%wt) de fase activa i els precursors estudiats.<\/p>\n

 <\/p>\n

\n\n\n\n\n\n\n\n\n
<\/th>\nCatalitzador<\/th>\nFase activa (% wt.)<\/th>\nPrecursors suport<\/th>\nPrecursors fase activa<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
1<\/td>\nNiFe\/CeLaOx<\/sub><\/td>\n15% Ni, 3% Fe<\/td>\nCe(NO3<\/sub>)3<\/sub>, La(NO3<\/sub>)3<\/sub><\/td>\nFe(NO3<\/sub>)3<\/sub>, Ni(NO3<\/sub>)2<\/sub><\/td>\n<\/tr>\n
2<\/td>\nNiFe\/AlCeZrLaOx<\/sub><\/td>\n15% Ni, 3% Fe<\/td>\nCeCl3<\/sub>, ZrOCl2<\/sub>, Al(OH)3<\/sub>, La(NO3<\/sub>)3<\/sub><\/td>\nFe(NO3<\/sub>)3<\/sub>, Ni(NO3<\/sub>)2<\/sub><\/td>\n<\/tr>\n
3<\/td>\nNiFeRh\/AlCeZrLaOx<\/sub><\/td>\n14,6% Ni, 2,9% Fe, 1,5% Rh<\/td>\nFe(NO3<\/sub>)3<\/sub>, Ni(NO3<\/sub>)2<\/sub>, RhCl3<\/sub><\/td>\n<\/tr>\n
4<\/td>\nRh\/AlCeZrLaOx<\/sub><\/td>\n1,5% Rh<\/td>\nCeCl3<\/sub>, ZrOCl2<\/sub>, Al(OH)3<\/sub>, La(NO3<\/sub>)3<\/sub><\/td>\nRhCl3<\/sub><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n

Taula 1:<\/strong> Catalitzadors preparats.<\/small><\/p>\n

 <\/p>\n

En la Figura 1 es mostra el sistema de reacci\u00f3 dissenyat per avaluar la viabilitat dels diferents catalitzadors sota diferents condicions de pressi\u00f3 i temperatura. El sistema consisteix en quatre l\u00ednies de gas (CO, O2<\/sub>, H2<\/sub> i CH4<\/sub>) connectats a controladors m\u00e0ssics i una l\u00ednia l\u00edquida (H2<\/sub>O) connectada a una bomba d\u2019injecci\u00f3 d\u2019un cromat\u00f2graf l\u00edquid d\u2019alta efic\u00e0cia (HPLC). Totes les l\u00ednies es troben calefactades i connectades a v\u00e0lvules antiretorn abans d\u2019entrar al reactor. El reactor est\u00e0 situat en un forn d\u2019alta temperatura regulat per un controlador de temperatura (\u00b1 0,1 \u00b0C) i un termoparell. A la sortida del reactor s\u2019han connectat un filtre, una v\u00e0lvula per regular-ne la pressi\u00f3 i un man\u00f2metre. Alhora, els gasos sortints del reactor es fan passar per un condensador i posteriorment s\u2019analitzen cada 5 minuts en un cromat\u00f2graf de gasos durant el transcurs de l\u2019experiment. El llit catal\u00edtic s\u2019ha mantingut constant i uniforme a 0.6 cm3<\/sup> amb diluci\u00f3 amb carbur de silici durant tots els experiment realitzats.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Schema<\/p>\n

Figura 1:<\/strong> Esquema del sistema de reacci\u00f3 empleat.<\/small><\/p>\n

 <\/p>\n

Les mostres abans i despr\u00e9s de reacci\u00f3 es van analitzar mitjan\u00e7at difracci\u00f3 de raigs-X (XRD) i espectrosc\u00f2pia Raman per determinar les fases cristal\u00b7lines presents. Per tal de determinar l\u2019estat d\u2019oxidaci\u00f3 dels elements presents es va emprar l\u2019espectrosc\u00f2pia de fotoelectrons emesos per raigs X (XPS). Finalment, es va analitzar el comportament catal\u00edtic dels diferents catalitzadors. La figura 2 mostra conversi\u00f3 de mon\u00f2xid de carboni (CO) en funci\u00f3 de la temperatura per a tots els catalitzadors preparats. Els resultats mostren com els catalitzadors basats en els \u00f2xids de Ce\/Al\/Zr\/La i fase activa dels metalls Ni\/Fe o Ni\/Fe\/Rh mostren una conversi\u00f3 completa en un interval ampli de temperatures.<\/p>\n

\"FiguraFigura 2. <\/strong>Evoluci\u00f3 de la conversi\u00f3 de CO en funci\u00f3 del catalitzador emprat i la temperatura de reacci\u00f3.<\/small><\/p>\n

 <\/p>\n

El proper pas \u00e9s desenvolupar un reactor catal\u00edtic de membrana (CMR), amb una membrana formada per un aliatge de Pd, on integrar els catalitzadors estudiats en forma de p\u00e8l\u00b7lets i estudiar el seu comportament en funci\u00f3 de la pressi\u00f3 i la temperatura.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

El laboratori de cat\u00e0lisi y energia forma part del grup de recerca Nanoenginyeria de […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":3667,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[44],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3674"}],"collection":[{"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3674"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3674\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":3676,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3674\/revisions\/3676"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/media\/3667"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3674"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3674"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3674"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}