First-principles mechanistic studies of ammonia-related industrial processes

Gómez Díaz, Jaime

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TITLE:

First-principles mechanistic studies of ammonia-related industrial processes - TDX:891

Handle:

http://hdl.handle.net/20.500.11797/TDX891

Date:	2011-01-14
Departament/Institute:	Departament de Química Física i Inorgànica Universitat Rovira i Virgili.
Director:	López Alonso, Núria
Author:	Gómez Díaz, Jaime
Title:	First principle mechanistic studies of ammonia related industrial processes First-principles mechanistic studies of ammonia-related industrial processes

Description:	In this dissertation, the mechanisms that govern four essential industrial processes have been studied by means of Density Functional Theory (DFT). The processes are the following: Ostwald (HNO3 production), Degussa and Andrussow (HCN production) and MacArthurForrest (gold recovery). In these processes, ammonia is the main raw material or a precursor of it.The KohnSham equations that describe the model systems have been solved by means of VASP and GPAW using the RPBE functional. These packages make use of periodic boundary conditions to simulate an infinite solid as model of the real metal surface.Ostwald Process: The first step of this process, NO formation, has been studied on the (111) and (211) surfaces of Au, Cu, Ir, Pd, Pt and Rh metals. The reactions involved have been analyzed as well in the PtRh alloy (the one used in industry). The thermodynamic stability of Pt and Rh oxides as a function of the temperature and the pressure of oxygen has been described. Finally, the volatility of these oxides has been calculated to determine catalyst loses in form of PtO2 and RhO2 gases.Good selectivity towards NO formation has been found for Pt metal. The desorption of NO has been found determinant for several metals that produce NO on the surface but hardly leaves it. The addition of Rh impurities to Pt does not increase its reactivity, but Rh oxides are more stable than Pt ones and Rh is less prone to form volatile oxides.Degussa and Andrussow Processes: The formation of CN bonds from individual atoms and hydrogenated moieties on a series of transition and noble metals has been studied there.A comprehensive study on all the possible couplings between partially hydrogenated species, CHx and NHy, on Pt(111) surface is shown. The differences between the mechanism under the dis En la presente tesis doctoral, se ha llevado a cabo un estudio mediante la teoría del funcional de la densidad (DFT) sobre los mecanismos que gobiernan cuatro importantes procesos industriales relacionados con el amoníaco: el proceso Ostwald de producción de ácido nítrico, los procesos Degussa y Andrussow de producción de ácido cianhídrico y por último, el proceso MacArthurForrest de extracción de oro de sus minerales mediante sales de cianuro.Proceso Ostwald: Se han estudiado las barreras de activación y la termodinámica de las reacciones en el proceso de formación de NO sobre Au, Cu, Ir, Pd, Pt y Rh en las superficies (111) y (211). Asímismo, se ha estudiado el proceso sobre una aleación de PtRh como la utilizada industrialmente. Finalmente, la estabilidad termodinámica de los óxidos de platino y rodio en función de la presión de oxígeno y de la temperatura ha sido analizada.Se ha encontrado una alta selectividad a producción de NO para las superficies de Pt. Aunque Rh(211) y Pd(111) muestran una gran preferencia por la recombinación N+O respecto a la N+N, la desorción de NO está fuertemente impedida. Esto provoca que pueda disociarse de nuevo. No se ha encontrado que la adición de impurezas de Rh a la superficie de Pt favorezca la selectividad del proceso, aunque si mejora la estabilidad del material, ya que el Rh forma óxidos de mayor estabilidad que el Pt y presenta menor volatilidad.Procesos Degussa y Andrussow:Se ha realizado un estudio en el que se han determinado las barreras para las reacciones más relevantes en los procesos Degussa y Andrussow sobre la superficie Pt(111). Este estudio ha sido extendido a Au, Cu, Ir, Pd y Rh en condiciones no oxidativas.En Pt, se ha observado diferente mecanismo en función de la presencia (Andrussow) o no (Degussa) de oxígeno.
Type:	info:eu-repo/semantics/publishedVersion info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
Contributor:	Departament de Química Física i Inorgànica Universitat Rovira i Virgili.
Títol:	First-principles mechanistic studies of ammonia-related industrial processes
Language:	eng
Subject:	544 - Química física 54 - Química 538.9 - Física de la matèria condensada 53 - Física
Format:	application/pdf
Creator:	Gómez Díaz, Jaime
Rights:	info:eu-repo/semantics/openAccess ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al repositori institucional de la Universitat Rovira i Virgili. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a aquest repositori (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.
Date:	2011-01-14
Publisher:	Universitat Rovira i Virgili
Subject:	544 - Química física 54 - Química 538.9 - Física de la matèria condensada 53 - Física
Language:	eng
Publisher:	Universitat Rovira i Virgili
Source:	TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
Identifier:	urn:isbn:9788469412473 http://hdl.handle.net/10803/9113
Format:	application/pdf
Keywords:	DFT Solid State Heterogenous Catalysis

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