Καινοτόμα γεωπολυμερή καταλυτικά επιστρώματα - Λάζου, Αδαμαντία (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών, 2017)
Οι καταλυτικοί μετατροπείς αυτοκινήτων χρησιμοποιούνται για την μετατροπή των αέριων ρύπων που παράγονται κατά την καύση της βενζίνης, σε αβλαβή για το περιβάλλον και τον άνθρωπο αέρια. Αποτελούνται από τρία κυρίως μέρη. Το βασικότερο από αυτά είναι ο κεραμικός ή μεταλλικός μονόλιθος (υπόστρωμα) που έχει κυψελοειδή δομή και αποτελείται από έναν πολύ μεγάλο αριθμό παράλληλων καναλιών μικρής διαμέτρου. Πάνω στα τοιχώματα των καναλιών αυτών, αποτίθεται ένα ειδικό, λεπτό στρώμα με μεγάλη ειδική επιφάνεια, το οποίο ονομάζεται επίστρωμα (washcoat, support ή carrier) και αποτελείται κυρίως από γ‐αλουμίνα, αλλά και από άλλα ανόργανα οξείδια (CeO2, La2O3, ZrO2, BaO). Το στρώμα αυτό, φέρει τα ενεργά καταλυτικά κέντρα (catalytic active centers), τα οποία αποτελούν τα μέταλλα Pt, Pd και Rh και επιτυγχάνουν την μετατροπή των ρύπων. Οι πολύ συγκεκριμένες ιδιότητες που πρέπει να έχει ένα καταλυτικό επίστρωμα συνεπάγονται ακριβές πρώτες ύλες και πολύπλοκες διαδικασίες για την παραγωγή του, αυξάνοντας σημαντικά το κόστος του. Παράλληλα όμως καθιστούν ενδιαφέρουσα την ανάπτυξη υλικών ικανών να το αντικαταστήσουν. Τα τελευταία 20 χρόνια εκτεταμένη έρευνα λαμβάνει χώρα σε τομείς που αφορούν τη σύνθεση και τη δημιουργία υλικών, ικανών να αντικαταστήσουν σημερινά υλικά, μέσα από έναν καινοτόμο, πιο οικονομικό, φιλικό προς το περιβάλλον και σύγχρονο τρόπο. Τα γεωπολυμερή αποτελούν κομμάτι των παραπάνω ερευνών. Ως πρώτες ύλες για την σύνθεση των γεωπολυμερών αξιοποιούνται φυσικά αργιλοπυριτικά υλικά (καολίνης‐ μετακαολίνης, κ.ά), αλλά και απόβλητα βιομηχανικών δραστηριοτήτων (μεταλλουργικές σκωρίες, ιπτάμενη τέφρα, κλπ.), τα οποία δίνουν προστιθέμενη αξία στα τελικά προϊόντα. Λόγω των χαρακτηριστικών τους ιδιοτήτων (μεγάλη αντοχή, προσροφητική ικανότητα, μικρό πορώδες, χαμηλό κόστος σύνθεσης κ.ά.), τα γεωπολυμερή θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν σε ευρείς εφαρμογές όπως στη σύνθεση τσιμέντων και δομικών υλικών, στην διαχείριση των τοξικών αποβλήτων, στην αυτοκινητοβιομηχανία ως υλικά πυροπροστασίας κ.ά. Στόχος της Διπλωματικής Εργασίας είναι να διερευνήσει τη δυνατότητα των γεωπολυμερών υλικών από μετακαολίνη να αποτελέσουν το καταλυτικό επίστρωμα για τους καταλυτικούς μετατροπείς αυτοκινήτων. Επίκεντρο του πειραματικού μέρους αποτέλεσε η μελέτη των βασικών παραγόντων του γεωπολυμερισμού που επιδρούν στην σταθερότητα της δομής και στην ειδική επιφάνεια των γεωπολυμερών αλλά και οι βασικοί παράγοντες που επιδρούν στην ικανότητά τους να φορτίζονται με μέταλλα (Cu, Co και Ni). Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, τα γεωπολυμερή καταλυτικά επιστρώματα από μετακαολίνη μπορούν να αποτελέσουν αντικαταστάτες των καταλυτικών επιστρωμάτων που χρησιμοποιούνται σήμερα στους καταλυτικούς μετατροπείς αυτοκινήτων. Γενικά, παρουσιάζουν ικανοποιητική ειδική επιφάνεια, της τάξης των 60 – 65 m2/g, ενώ έχουν υψηλό δυναμικό φόρτισης με μέταλλα. Επιπλέον, μετά τη φόρτιση των καταλυτικών επιστρωμάτων με χαλκό, ο έλεγχος της καταλυτικής ενεργότητας των παραγόμενων υλικών έδειξε ικανοποιητική συμπεριφορά των υλικών, ως προς την οξείδωση των ρύπων CO και C3H6.