3D printing, oxidative methane coupling, composite resin, structural catalyst
Abstrakt
W pracy podjęto tematykę zastosowania druku 3D do wytwarzania katalizatorów strukturalnych dla procesu utleniającego sprzęgania metanu (USM). Katalizatory otrzymano stosując wysokorozdzielczą metodę druku 3D w technologii cyfrowego przetwarzania światła (DLP). Synteza katalizatorów przebiegała według dwóch ścieżek: synteza metodą pośrednią oraz bezpośrednią. Używając wspomnianych metod preparatyki zaprojektowano następujące modele katalizatorów strukturalnych: krótkokanałowe katalizatory monolityczne (druk bezpośredni oraz druk pośredni); katalizatory sześcienne (druk pośredni). W syntezie bezpośredniej użyto własnych żywic kompozytowych, a następnie otrzymano katalizatory z zastosowaniem podwójnej impregnacji przy użyciu wodnych roztworów Mn(NO3)2·4H2O oraz Na2WO4·2H2O. Z kolei, katalizatory z metody pośredniej uzyskano poprzez wprowadzenie Mn2O3 oraz Na2WO4·2H2O do masy wypełniającej szablon strukturotwórczy. We wszystkich seriach otrzymanych katalizatorów przeprowadzono bazowe badania fizykochemiczne, zarówno dla otrzymanych nośników, jak i katalizatorów strukturalnych. Zastosowano m.in. skaningowy mikroskop elektronowy (SEMEDS)., dyfrakcję rentgenowską (XRD), rentgenowską spektroskopię luorescencyjną (XRF), analizę termograwimetryczną (TGA), temperaturowo programowaną redukcję (TPR) spektroskopię techniką UV-Vis DR metodą odbicia rozproszonego. Wykonano także pomiary lepkości oraz testy wytrzymałości na ściskanie. Właściwości katalityczne wszystkich materiałów zbadano w procesie utleniającego sprzęgania metanu.
This work focuses on the application of 3D printing to produce structured catalysts for the oxidative coupling of methane (USM) process. The catalysts were obtained using a high-resolution 3D printing method in digital light processing (DLP) technology. The synthesis of the catalysts followed two pathways: indirect and direct method synthesis.
Using the mentioned preparation methods, the following models of structural catalysts were designed: short-channel monolithic catalysts (direct printing and indirect printing); cubic catalysts (indirect printing). In the direct synthesis, proprietary composite resins were used, and the catalysts were obtained using double impregnation with
aqueous solutions of Mn(NO3)2-4H2O and Na2WO4-2H2O. On the other hand, catalysts from the indirect method were obtained by introducing Mn2O3 and Na2WO4-2H2O into the filling mass of the structuring template. In all series of the obtained catalysts, the basic physicochemical studies were performed, both for the obtained supports and
structural catalysts. Among others, scanning electron microscope (SEM-EDS)., X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), thermogravimetric analysis (TGA),
temperature-programmed reduction (TPR) spectroscopy by UV-Vis DR diffuse reflectance technique were used. Viscosity measurements and compressive strength tests were also
performed. The catalytic properties of all materials were tested by oxidative coupling of methane process.
