Zeolittkatalyse
Modeller av ZSM-22 og ZSM-48, begge med 10-ring porer, som viser forskjeller i geometrien på porene. Illustrasjon: Shewangisaw Teketel
Veileder: Professor Stian Svelle
For å gjøre virkelig god katalyseforskning bør man jobbe med syntese av katalysatormaterialer, karakterisering av katalysatorene for å kartlegge materialenes egenskaper, samt studier av de katalytiske egenskapene (levetid og produktselektiviteter) i en eller flere prosesser. Som regel er det ikke mulig å dekke alle disse tre områdene på en god måte gjennom et forholdsvis kort masterprosjekt. Derfor lager vi masteroppgavene slik at hovedfokuset enten er på syntese og karakterisering eller på karakterisering og katalytisk testing. Karakterisering er alltid med, fordi man da får kjennskap til mange ulike teknikker. Dette gir god erfaring for yrkeslivet eller videre studier. Det tredje aspektet vil dekkes ved at vi legger masterprosjektene tett opp til andre pågående aktiviteter i gruppa.
Katalysatorsyntese dreier seg stort sett om uorganisk materialsyntese. Zeolittsynteser er et samspill av mange parametere, så man må gjøre en god del eksperimenter for å forstå hvilke parametere som påvirker hvilke egenskaper. Vi ønsker å ha materialer med systematiske variasjoner av en og en egenskap. Karakterisering spenner svært vidt og omfatter mange teknikker. En særlig utfordring er at det er den indre overflaten i de porøse materialene vi ønsker å karakterisere og forstå. Det legger sterke føringer på hvilke teknikker som kan benyttes. Blant annet bruker vi infrarød spektroskopi for å se hvordan visse typiske molekyler kan vekselvirke med funksjonelle grupper på den indre overflaten. Målinger av katalytisk aktivitet er kvantitativ vitenskap. Det har et vesentlig praktisk og teknisk aspekt, som mange synes er spennende. Vi bruker gasskromatografi og massespektrometri for å følge omsetning av reaktanter og dannelse av produkter.
Ulike zeolitter har forskjellig grad av stabilitet i vanndamp. Dette er en viktig materialegenskap, ettersom katalysatorene ofte blir utsatt for vanndamp ved høye temperaturer i løpet av en reaksjonssyklus. Noen ganger gjør man slike behandlinger for å justere materialets egenskaper. I andre sammenhenger er dette en destruktiv prosess som vi ønsker å begrense. I Fredriks masterprosjekt ønsket vi å studere og sammenligne dampstabiliteten av to materialer med samme struktur, men forskjellig sammensetning. I denne oppgaven var hovedfokuset på syntese og karakterisering. Disse to materialene ble syntetisert og så behandlet med vanndamp ved høye temperaturer, 600 og 700 °C. Vi bygde et nytt eksperimentelt oppsett for disse dampbehandlingene. Dette krevde planlegging, dialog med verkstedet og praktisk arbeid ved montering av oppsettet. Underveis ble oppsettet endret og forbedret ettersom vi fikk mer erfaring. Startmaterialene og de behandlede materialene ble deretter karakterisert med en rekke teknikker (bl.a. elektronmikroskopi, røntgendiffraksjon, adsorpsjonsmålinger for bestemmelse av overflateareal, samt surhetskarakterisering med spektroskopi). De katalytiske egenskapene ble studert i samarbeid med en stipendiat i gruppa. Resultatene viste at materialets sammensetning påvirket dampstabiliteten i stor grad, og dette vil utgjøre et viktig fundament for videre arbeid i denne retningen.
Tittel på oppgaven: Hydrotermal stabilitet av mikroporøse material med CHA topologien.
Store linjer: Å utvikle sammenhenger mellom katalysatormaterialenes struktur og de katalytiske egenskapene.