Heterogen katalyse
Modeller av ZSM-5 og ZSM-11 som viser forskjeller i volumet i krysningspunktet av porene. Illustrasjon: Francesca L. Bleken
Veileder: Professor Unni Olsbye
Oppgavene fokuserer på en reaksjon av en gass over et (porøst) materiale en fastfase katalysator. Hvilken reaksjon det er snakk om vil i stor grad bestemme hvilken type katalysator som kan er interessant. I mange tilfeller kan man få tak i katalysatoren man vil bruke fra kommersielle kilder og i andre tilfeller må man syntetisere katalysatoren selv. Det kan også være aktuelt å lage egne prøver for å få nøyaktig de egenskapene for katalysatoren som man tror vil innvirke på reaksjonen. Karakterisering av egenskapene av prøven/katalysatoren må hentes inn, enten ved ekstern dokumentasjon eller egne målinger. Det er også vanlig at prøven/katalysatoren må aktiveres før man kan bruke den i en katalytisk reaksjon.
En katalytisk reaksjon krever stor forståelse og man må se på termodynamiske egenskaper for reaktant(er) og forventede produkter for å finne riktig temperatur og trykk for reaksjonen. Når betingelsene er bestemt kan man studere kinetikk, selektivitet og reaksjonsmekanisme for reaksjonen. Man utarbeider hypoteser for hvordan reaksjonen blir påvirket av reaksjonstemperatur, kontakttid og reaktantsammensetning.
Eksperimentelt må man ha en reaktor, et fødesystem for gass og utystyr for håndtering/karakterisering av effluentgassen. Alle eksperiment/testreaksjoner krever nøyaktige startbetingelser. Under testreaksjonen blir data om produktene lagret. Rådataene må i etterkant behandles og analyseres. På bakgrunn av flere tester kan man prøve hypotesen sin og forbedre eller eventuelt forkaste denne. Deretter må man planlegge nye tester som kan bevise eller motbevise gjeldende hypotese.
Eksempeloppgaven har temaet oligomerisering av eten over nikkelholdige zeolitter. I oppgaven ble flere zeolitter behandlet for å få nikkel inn i materialet. Det ble også nødvendig å lage noen egne zeolittprøver. Materialene ble deretter testet for å se om de var aktive i eten oligomerisering. Karakterisering av prøvene ble gjort for å få en større forståelse av de katalytiske egenskapene. Primærproduktene til reaksjonen kunne være tre ulike buten-isomerer, men også andre produkter ble observert. På grunnlag av dette ble nye tester gjort for å se endringer i produktsammensetning og finne hvilke parametere som gav mest av hovedproduktet. Kinetikkresultatene fra de ulike katalysatorene blir brukt videre for kvantekjemiske beregninger for en forsker i gruppa.
Store linjer: Forskningsmidler relatert til omsetning av eten (OLIGOM), omsetning av CO2 (FUTUREFEED) eller langsiktige prosjekter (inGAP/MTH).