CATMAT. Unni Olsbye og Åse Slagtern

Transkript

1 CATMAT Geminisenter innen katalyse og adsorbenter UiO - SINTEF Unni Olsbye og Åse Slagtern Hva er et GEMINI-senter senter? En felles-satsing på utvalgte områder ved SINTEF og UiO/NTNU, med formål å bygge robuste fagmiljøer med høy kvalitet, gjennom: Felles strategi-prosesser på faggruppenivå Felles utstyrsutnyttelse Samarbeid på institusjonsnivå Visjon for samarbeidet: Vi skal være INTERNASJONALT FREMRAGENDE SAMMEN 1

2 Visjon: Være V internasjonalt fremragende sammen UiO-personell arbeider i SINTEF prosjekter SINTEF-personell underviser og deltar i prosjekter ved UiO Kjerneområde Oppdragsforskning Felles bruk av laboratorier og instrumenter Kjerneområde Grunnleggende og strategisk forskning Kjerneområde Forskerutdanning Bakgrunn Geminisenter katalyse og adsorbenter Begge miljøene er på høyt internasjonalt nivå med et tettere samarbeid vil vi bli enda bedre! Katalyse og adsorbenter er sammensatte felt: Vi må disponere en kritisk masse av medarbeidere og utstyr for å holde oss på internasjonalt toppnivå fremover. Tradisjon for faglig samarbeid gruppenes kompetanse er utfyllende heller enn konkurrerende. 2

3 Publikasjoner og patentsøknader I årene har de 7 fast ansatte UiO-medlemmene av CATMATsentret publisert > 200 artikler i internasjonale referee-tidsskrifter I samme tidsrom har SINTEF Prosesskjemi produsert >90 referee-artikler og patentsøknader. SINTEF Prosesskjemi utfører oppdragsforskning for både norske og internasjonale bedrifter Begge grupperinger har utstrakt internasjonalt samarbeid Bakgrunn Geminisenter katalyse og adsorbenter Begge miljøene er på høyt internasjonalt nivå med et tettere samarbeid vil vi bli enda bedre! Katalyse og adsorbenter er sammensatte felt: Vi må disponere en kritisk masse av medarbeidere og utstyr for å holde oss på internasjonalt toppnivå fremover. Tradisjon for faglig samarbeid gruppenes kompetanse er utfyllende heller enn konkurrerende. 3

4 Chemistry Crystallizes Into Modern Science CHEMICAL & ENGINEERING NEWS The 75 th Anniversary Issue Since then (1923), instruments and computers that can ease much of the work of analysis, modeling, and synthesis have greatly expanded the scope of questions that chemists can address. And they have dramatically increased pace at which research frontiers advance. A Ph.D. dissertation s amount of work in 1940 was, by 1960, an afternoon in the lab; the dissertation of 1960 was an afternoon in lab in 1980s; and we keep repeating that Chemical historian Arnold Thackary, president of the Chemical Heritage Foundation in Philadelphia. Kombinatorisk syntese Øker tempo for fremstilling og karakterisering av nye prøver med en faktor på 100 og krever investering i dyrt utstyr World s s First Parallel Hydrothermal Synthesis From single shot Parallell synthesis Men gir masse resultater! Foto: Sintef Oslo 4

5 Nye metoder In situ pulver røntgen-diffraksjon P. Norby, J.C. Hanson Catalysis Today 1998, 39, 301 Vistad, Ø. B.; Akporiaye, D. E.; Lillerud, K. P. J. Phys. Chem. B, 2001, 105, Fra kuler og pinner Ny måte m å se verden påp til elektronfordeling 5

6 Bakgrunn Geminisenter katalyse og adsorbenter Begge miljøene er på høyt internasjonalt nivå med et tettere samarbeid vil vi bli enda bedre! Katalyse og adsorbenter er sammensatte felt: Vi må disponere en kritisk masse av medarbeidere og utstyr for å holde oss på internasjonalt toppnivå fremover. Tradisjon for faglig samarbeid gruppenes kompetanse er utfyllende heller enn konkurrerende. Forskningsfokus Olje- og gassforedling, separasjon og rensing Forskningen er materialbasert: Zeolitt-typer MOF Metall/Hydrotalsitter Oksider Detaljert systemforståelse* brukes for å forbedre og nyutvikle katalysatorer og adsorbenter. *) Syntese, struktur, reaksjonsmekanismer, kjemiske egenskaper 6

7 Forskningseksempler - katalyse Zeolitt-typer MOF Metall/Hydrotalsitter Oksider Metall/hydrotalsitt hydrotalsitt-baserte katalysatorer SINTEF Anja Olafsen Ole Swang Elisabeth Tangstad Ivar Dahl Katalysatorutvikling Katalysatortesting Mekanisme studier Modellering Karakterisering Nye materialer UiO Unni Olsbye Helmer Fjellvåg Poul Norby Morten B. Jensen Anastasia Virnovskaia Lina B. Råberg Sammen oppnår vi en bedret fundamental forståelse av hydrotalsittbaserte katalysatorer 7

8 Konvensjonell syntese og testing 100 C 3 H CO 2 = 6 CO + 4 H 2 Conversion (%) Conversion (%) TOS (min) CO 2 C 3 H TOS (d) Mekanismestudier 12 C 3 H 8 + Ne 13 CO 2 Kubelka-Munk Kubelka-Munk I) "C 3 H 8 " II) Wavenumber (cm -1 ) CO (g) Wavenumber (cm -1 ) CO 2 (g) Wavenumber (cm -1 ) CO 2 (g) 2- CO 3 Kubelka-Munk Intensity (a.u.) C 3 H 8 Ne 12 CO 13 CO H 2 13 CO 2 12 C 3 H 8 0 0,0 0,2 0,4 0,6 Ne 13 CO Time (s) H 2 12 CO 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,1 0,2 0,3 0,0 Time (s) Nornalised Intensities r α=130.9/127.4 o 2 = r 3 =1.25/1.26 Å r 1 =1.38/1.39 Å 8

9 Grunnleggende, parallelle studier I Karakterisering av hydrotalcitt Volume/Å MgAlVU MgAlVU1 Linear Fit of MgGadata_MgAlVU V85U V95U ### ### ### c (Å) 24,2 24,0 23,8 23,6 23,4 23,2 23,0 22,8 MgAlc c95 c85 Linear Fit of MgGadata_MgAlc MgAlc1 ### a (Å) 3,13 3,11 3,09 3,07 3,05 3,03 3,01 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 x MgAla a95 a85 Linear Fit of MgGadata_MgAla MgAla1 Mg(OH) 2 Thermal stability and in-situ regeneration Grunnleggende, parallelle studier II Delaminering og restokking av hydrotalcitt Interkalering Delaminering Stabil kollodial suspensjon Enkle nanolag (60 nm) Doble nanolag Reorganisering Nanokompositt 9

10 Grunnleggende, parallelle studier III Syntese og morfologikontroll av nano-størrelses-krystaller Hydrothermal Synthesis of Fe-doped Anatase (TiO 2 ) Nanorods Nanocubes of Co 3 O 4. Prosessutvikling Propan dehydrogenering C 3 H 8 = C 3 H 6 + H 2 Stabilitet i dampholdig atmosfære Formulering, mekanisk styrke 6 patenter Statoil-prosjekt 10

11 Metanol til olefiner plastråstoff stoff SINTEF UiO - Hydro Anvendt forskning for Hydro Syntese av nye katalysatorer In-situ karakterisering Mekanismestudier Teoretiske studier p p ethene ethene Patenter >50 Publikasjoner Weight % products butane butenes propene 10 5 propane propane time (minutes) Noen in situ NMR spektra og krystalliseringskurver fra XRD 27 Al (ppm) (ppm) 25 C 170 C 240 min 1.5 Precursor 167 C C 177 C C 170 C 130 min C 67 min 156 C 53 min α(t) 0.5 SAPO C 24 min (ppm) 103 C 11 min 25 C 0 min Time (min) 11

12 UiO-12 AEN OSO UiO-6 UiO-7 ZON UiO-4 CHA OSO OsloSantaBarbara-1 OBW OsloSantaBarbara-2 FD Si /1000Å Size of Smallest Ring Forskningseksempler - Adsorbenter Zeolitt-typer MOF Metall/Hydrotalsitter Oksider 12

13 Hydrogenlagring MOF Alanater Cu(TMA) 300 Vintroduced (ml) IRMOF-1 MCM "empty container" p (atm) R. Blom, R. H. Heyn, O. Swang, H. Fjellvåg, K. O. Kongshaug and R. K. Birkedal Nielsen, Chem. Eng. Trans, Vol. 4, 2004, 325. B. C. Hauback, H. W. Brinks, R. H. Heyn, R. Blom, H. Fjellvåg, Journal of Alloys and Compounds, 2004, in press CO 2 adsorpsjon 100 Steam reforming process : 5 bar, 580 C, total flow=300ml/min, CH4=50ml/min, ratio 4 normalised concentration (%vol) Carbondioxid Hydrogen Methane Carbonmonooxid 0 0:00 0:14 0:28 0:43 0:57 1:12 1:26 1:40 1:55 time (hours) Steam reformering med dolomitt MOF potensiell fast adsorbent til erstatning for løsningsbasert aminprosess 13

14 Forskning innen katalyse Med og fokus adsorbenter på: i Oslo personell Duncan Akporiaye Ivar Dahl Richard Blom Arne Karlsson Martin Plassen Michael Stöcker Ole Swang Richard Heyn Knut Thorshaug Bente Vigerust Rune Wendelbo Ørnulv Vistad Anja Olafsen Åse Slagtern Elisabeth Tangstad Unni Olsbye Karl Petter Lillerud Helmer Fjellvåg Poul Norby Truls Norby Mats Tilset Stein Kolboe Reidar Haugsrud Kjell Ove Kongshaug Morten Bjørgen Pascal Dietzel Prosesser Irene Fjeldahl Bror J. Wik Martin Lerch Andreas Möller Morten B. Jensen Anastasia Virnovskaia Jasmina Hafizovic Kai Chung Szeto Renie Nilsen Lenka Hannevold Katalyse Merete Nilsen og adsorbenter MCM Jennifer Readman Ola Nilsen Zeolitter Stian Svelle SINTEF UiO Postdoc.s Ph.D. studenter Karakterisering Testing Metallorganisk Oksider MOF Mekanismer Syntese Metall på bærer In-situ studier Teoretisk Totalt kjemi 40 dedikerte medarbeidere som arbeider innen: Kinetikk Struktur Vår r styrke: Anvendt forskning for norske og internasjonale bedrifter Internasjonalt anerkjent for utvikling av ny forskningsmetodikk Internasjonalt anerkjent for grunnleggende forskning Mange internasjonale kontakter (EU prosjekter, EU nettverk, samarbeidspartnere) Vi vil: Knytte anvendt og grunnleggende kompetanse ennå tettere sammen for bedre å kunne løse utfordringene knyttet til en bærekraftig utnyttelse av Norges olje- og naturgassressurser Invitere industri til dialog om hvordan Geminisenterets kvaliteter kan utnyttes til industriell innovasjon Sørge for at vi og våre kandidater får høy kompetanse på strategisk viktige områder 14