Dersom noen kandidater har ønsker om spesielle oppgaver, for eksempel i samarbeid med eksterne laboratorier, kan dette diskuteres med faglærere (Edd A. Blekkan, De Chen, Anders Holmen eller Magnus Rønning).

1. Utvikling av nye monolittkatalysatorer for dampreforming

Damreforming skjer ved høye temperaturer og trykk i fixed-bed reaktorer hvor det er en kompleks sammenheng mellom varmeoverføring, reaksjonskinetikk og mekaniske begrensninger. Betydelige aksielle og radielle temperaturgradienter eksisterer i katalysatorsjiktet og et hovedproblem ved utforming av reaktoren er balansen mellom energitilførselen gjennom reaktorrørene og energiforbruket for den endoterme reformerreaksjonen.

Konvensjonelle dampreformerkatalysatorer er vanligvis Ni-baserte systemer utformet som ringer med diameter på ca 16 mm. Effektivitetsfaktoren for damp-reformerkatalysatorer er typisk mindre enn 0,1. I monolittkatalysatorer kan effektivitetsfaktoren nærme seg 1 og varmeoverføringen mellom katalysator-overflaten og gassfasen ville kunne være vesentlig bedre enn for konvensjonelle katalysatorer. Varmeoverføringen i radiell retning er også forventet å være mye bedre i en monolittkatalysator enn i en konvensjonell ring (pellett). Monolitter er derfor mulige kandidater som reformingkatalysatorer.

Oppgaven omfatter utvikling av stabile monolitter med Ni eller promotert Ni som aktiv katalysator.

Faglærer: De Chen.

Veiledere: Kjersti Omdahl, Erlend Bjørgum, Rune Lødeng og Anders Holmen.

 

2. Syntese av karbon nanofibre og bruk av disse til lagring av hydrogen.

Det er nylig rapportert at visse typer karbonfibre kan adsorbere og lagre store

mengder hydrogen ved romtemperatur. Mekanismen for den høye lagringskapasiteten av hydrogen er ikke kjent og det rapporteres motstridende resultater i litteraturen. Opptaket av hydrogen i disse karbonstrukturene er imidlertid en sakte prosess og krever derfor høye trykk.

Karbonfibrenes nanostruktur synes å være den viktigste parameteren for lagringskapasiteten av hydrogen. Utvikling av metoder til å kontrollere nanostrukturen (og renheten) av karbon nanofibrene er derfor helt avgjørende. Dekomponering av hydrokarboner på metalloverflater er den vanligste måten å framstille karbonfibre på. Det er vist at partialtrykket av hydrogen har en stor effekt på hastigheten for dannelsen av karbonfibre. Det er derfor hensikten med denne oppgaven å studere dannelsen av karbonfibre på metalloverflater og særlig sammenhengen mellom metallet, hydrokarbonråstoffet og forholdet mellom hydrokarbon og hydrogen på strukturen til karbonfibrene.

Oppgaven omfatter framstilling av karbonfibre i en høytrykksmikrovekt. Prøven behandles deretter med syre for å fjerne metall og eventuell bærer. Karbonfibrene karakteriseres med overflatemålinger (BET), elektronmikroskopi (TEM) og hydrogenadsorpsjon. Adsorpsjonen vil bli foretatt ved høye trykk.

Faglærer: De Chen

Veiledere: Zhixin Yu, Erlend Bjørgum, Kjersti Omdahl, Rune Lødeng, Anders Holmen.

Brenselscelleteknologi er et felt med økende interesse. Brenselscellen betraktes om et alternativ til forbrenningsmotorer og dieselmotorer med lav effektivitet og betydelig forurensing. Med dagens brenselceller, er hydrogen det eneste drivstoffet som kan oksideres ved anoden. Sikkerhetsrisiko ved lagring og distribusjon av H₂ gjør metanol til en interessant hydrogenbærer. Katalytisk dampreformering av metanol ved 200 – 300 ⁰C er en meget effektiv reaksjon for å fremstille hydrogen. CO₂ produseres i reaksjonen og må derfor slippes ut fra prosessen. Størrelse og vekt er viktig dersom brenselsceller skal benyttes i kjøretøy. Et integrert system som opererer ved ca. 200 ⁰C og hvor produktgassen fra metanol dampreformering fødes direkte inn på en lavtemperatur brenselscelle (PEM, polymer membran) vil kunne fjerne behovet for gassbehandling av produktgassen fra metanol dampreformering.

Oppgaven går ut på å foreta teoretiske og eksperimentelle undersøkelser av spaltningen av metanol over egnede katalysatorer ved relativt lave temperaturer.

Faglærer: Anders Holmen

Veileder: Thomas Sperle og De Chen.

Vi har brukt hydrotalsittkatalysatorer ved studier av dampreforming, prereforming, katalytisk dehydrogenering av propan og ved framstilling av karbon nanofibre. Hydrotalsitt har en egen lagstruktur og dermed også helt spesielle egenskaper.

Dette prosjektet omfatter framstilling av 3 ulike typer hydrotalsittkatalysatorer med generell formel: Ni-Mg-X-AlO (X:Sn..), Ni-Cu-AlO og Cu-Zn-AlO. Hydrotalsittkatalysatorer av typen Ni-Mg-X-AlO er gode katalysatorer for dampreforming av metan, Ni-Cu-AlO for framstilling av karbon nanofibre og Cu-Zn-AlO for vann-gass skift og dampreforming av metanol. Katalysatorene vil bli karakterisert med ulike teknikker. Oppgaven vil bli utført i nært samarbeid med arbeidene knyttet til dampreforming av metan og metanol og framstilling av karbon nanofibre,

Faglærer: De Chen

Veiledere: Kjersti Omdahl, Lucie Bednarova, Rune Lødeng, Anders Holmen

Pt-baserte katalysatorer har høy aktivitet og selektivitet for framstilling av

propen. Et hovedproblem med disse systemene er deaktiveringen som følge av koksdannelse ved høye temperaturer. Det er vist at ikke sure bærere fører til mindre cracking og mindre polymerisasjon enn sure bærere. Dessuten er det blitt vanlig praksis å promotere katalysatoren med et annet metall, for eksempel tinn.

dehydrogeneringskatalysaorer. Katalysatorene skal fremstilles, karakteriseres og testes i en standard laboratoriereaktor. De eksperimentelle resultatene vil være utgangspunktet for utvikling av kinetiske modeller.

Faglærer: Anders Holmen.

Veiledere: Lucie Bednarova, De Chen og Edd A. Blekkan.

6. Ikke-stasjonære (transiente) studier av hydrogenolyse av etan over Ni

katalysatorer.

Dette prosjektforslaget fokuserer på bruk av TP (temperaturprogrammerte)

metoder ved grunnleggende studier av reaksjoner på Ni-overflater. En forsøksapparatur som består av en fixed-bed reaktor kombinert med in situ produktanalyser med GC og MS er tilgjengelig for dette prosjektet. Det er vist at hastigheten for hydrogenolyse av etan er proporsjonal med hastigheten for dampreforming av hydrokarboner. Reaksjonen kan derfor benyttes som en testreaksjon for dampreforming. Hydrogenolyse av etan over Ni-katalysatorer er utsatt for koksdannelse og deaktivering slik at reaksjonen hittil i hovedsak har vært studert ved relativt lave temperaturer. Deaktiveringshastigheten kan imidlertid gi viktig informasjon om katalysatorens motstand mot koksdannelse.

Oppgaven innebærer framstilling av Ni-katalysatorer med ulike promotorer og bærere. Katalysatorprøvene skal karakteriseres med kjemisorpsjon, TPR (temperaturprogrammert reduksjon), TPD (temperaturprogrammert desorpsjon) og og TPSR (temperaturprogrammert overflaterereaksjon). Reaksjonshastigheten (turnover frequency) sammen med reaksjonsorden og aktiveringsenergi bestemmes ved ulike temperaturer og mengde karbon på katalysatoren bestemmes ved hjelp av TPO (temperaturprogrammert oksidasjon). Reaksjonsorden og aktiveringsenergi vil være et uttrykk for effekten av promotorer på katalysatoren.

Faglærer: Anders Holmen

Veiledere: De Chen, Kjersti Omdahl, Erlend Bjørgum og Rune Lødeng.

7. Studier av homogene og heterogene reaksjoner ved partiell oksidasjon av etan og

Partiell oksidasjon av etan og propan er en mulig metode for framstilling av eten og propen

sammen med syntesegass. Partiell oksidasjon omfatter mange delreaksjoner slik som total forbrenning, damp- og CO₂-reforming og vann-gass skift. Selv om reaksjonen utføres over en fast katalysator, er det vanskelig å unngå gassfasereaksjoner ved de aktuelle temperaturene. For å kunne øke selektiviteten av olefiner ved partiell oksidasjon er det avgjørende med en detaljert forståelse av reaksjonene i gasfasen såvel som på katalysatoroverflaten. Dette prosjektet omfatter videreutvikling av en mikrokinetisk model for beskrivelse av reaksjonsforløpet. Resultatene fra beregningene vil bli sammenliknet med eksperimentelle resultater.

Faglærer: De Chen

Veileder: Bozena Silberova, Erlend Bjørgum, Rune Lødeng og Anders Holmen.

Veiledere: Ingrid Aartun, Marcus Fathi, Torbjørn Gjervan og Hilde Venvik.

Faglærer: Edd A. Blekkan

Veileder: Thomas Løften

Isomerisering av n-butan over promotert og upromotert sulfonert zirkonia.

Faglærer: Edd A. Blekkan

Veileder: Thomas Løften

Oppgaven valgt av Nguyet-Anh Nguyen

Faglærer: Edd A. Blekkan