NiCo2O4 Catalyst on Commercial Low Surface Area and Synthesized High Surface Area CeO2 For Catalytic Methane Abatement in Natural Gas Engines

Større utnyttelse av naturgass som marint brensel blir sett på som en mulig del av den globale, men også nasjonale løsningen med tanke på å redusere utslipp av klimagasser. Dette forutsetter midlertidig at overskuddsmetan som ikke forbrennes omdannes til CO2 ved hjelp av etterbehandling av avgassene. For at dette skal være mulig er det nødvendig å utvikle en katalysator som egner seg til oksidasjon av metan ved relative lave temperaturer samt ved små konsentrasjoner og under utfordrende reaksjonsforhold der innholdet av vanndamp er opptil 15 % av føden. NiCo2O4 har tidligere vist gode resultater i forhold til dette. Men for å utnytte katalysatoren bedre har det blitt forsøkt å benytte et støttemateriale som opprettholder de positive egenskapen til NiCo2O4 samtidig som at materialkostnadene ikke øker. I denne masteroppgaven har NiCo2O4 støttet på lavt- og høyt overflate areal CeO2 blitt undersøkt i forhold til katalytisk oksidasjon av metan. Den katalytiske aktiviteten ble sammenliknet under tørre og våte reaksjonsbetingelser samt satt i relasjon med ren NiCo2O4, og for reproduksjon av resultatene som ble oppnådd under spesialiserings prosjektet høsten 2019. Videre så ble høyt overflateareal CeO2/H syntetisert gjennom en Sol-gel basert metode som var egnet til å produsere bærermateriale med ønskede spesifikasjoner uten bruk av templat. I tillegg ble alle katalysatorene som ble syntetisert impregnert ved hjelp av IWI-impregneringsmetoden. De morfologiske egenskapene til katalysatorene og bærermaterialene ble karakterisert ved hjelp av XRD, Raman spektroskopi, TPR, TGA og N2- physisorption. Fra de forsøkene som ble utført, ble det funnet at resultatene som ble oppnådd i spesialiseringsprosjektet lot seg reprodusere, og at NiCo oksider får økt aktivitet når de er syntetisert på CeO2, uavhengig av støttens struktur. I tillegg ble det vist at NiCo2O4 på lavt overflateareal har høy temperaturstabilitet og aktivitet under tørre reaksjonsforhold. Videre viste resultatet fra NiCo2O4 syntetisert på høyt overflate areal CeO2 at aktiviteten til katalysatoren økte noe i forhold til katalysatorer basert på lavt overflateareal CeO2. Men det motsatte ble funnet i henhold til temperaturstabilitet, da katalysatoren viste tegn til sintring. Forsøkene som ble utført under våte reaksjonsbetingelser viste at katalysatorene deaktiverte irreversibelt sannsynligvis på grunn av strukturelle endringer i bærermaterialet. I tillegg viste sammenlikning av ren-og støttet NiCo2O4 at bærermaterialet opprettholdt en høyere aktivitet for oksidene i forhold til ren spinell. Videre viste sammenlikningen av bulkaktivitet til NiCo2O4 på høyt og lavt overflate areal CeO2 at oksidene som var støttet av CeO2/H ikke utnyttet arealet i like stor grad som de som ble støttet av CeO2/L. Med bakgrunn I dette og XRD resultatene ble det foreslått at det finnes en bindingsmekanisme mellom NiCo oksidene og CeO2 som enda ikke har blitt studert. Og som medfører nesten lik fordeling av aktivt material på CeO2 uavhengig av støttens struktur. Basert på de resultatene som ble oppnådd for NiCo2O4 støttet på CeO2, viser katalysatoren lovende aktivitet og stabilitet med tanke på katalytisk oksidasjon av overskudds metan fra LNG drevende fartøy