Quá trình oxy hóa một phần của methane qua ni

Quá trình oxy hóa phần Methane qua Ni/CeZrO2 Hỗn hợp dung dịch chất xúc tác oxit rắn Tóm tắt-Trong nghiên cứu này, chất xúc tác niken giải pháp CeO2 ZrO2 rắn chuẩn bị phương pháp đồng kết tủa cho trình oxy hóa phần mêtan Cấu trúc chất xúc tác kiểm tra cách hệ thống N2 hấp phụ (XRD) H2 -TPR kỹ thuật Hiệu suất xúc tác cho trình oxy hóa điều tra phần metan tốt Kết cho thấy Ni/CeO2 -ZrO2 chất xúc tác có diện tích BET lớn Các Ni/CeO2 -ZrO2 chất xúc tác cho thấy hoạt động cao 5% Ni/Ce 0.25 Zr0,75O2 báo cáo để triển lãm khu vực cao BET bề mặt, hoạt động, ổn định, H2 CO chọn lọc cho phần Index Điều khoản-Methane oxy hoá phần, Ni/Ce(1-x)ZrxO2, chất xúc tác niken, dung dịch rắn I.Giới Thiệu Khí thiên nhiên nhiên liệu hóa thạch nguyên liệu ưa chuộng cho sản xuất hóa chất Hơi nước khí tự nhiên sử dụng rộng rãi để sản xuất khí tổng hợp cho nhiều loại hóa chất Trong năm gần đây, phần xúc tác trình oxy hóa mêtan sang khí tổng hợp: CO H2 nghiên cứu rộng rãi [1-9] trình thay hấp dẫn để nước cải cách kể từ phản ứng tỏa nhiệt nhẹ sản xuất H2/CO tỷ lệ phù hợp cho methanol tổng hợp Fischer-Tropsch Nhiều chất xúc tác chứa kim loại chuyển tiếp (Ni, Co Fe) [1-3], kim loại quý (Ru, Rh, Pd, Pt, Ir) [4-6] oxit kim loại [7-9] báo cáo chất xúc tác cho trình oxy hóa phần mêtan Trong đó, Ni dựa chất xúc tác cho thấy hoạt động xúc tác tuyệt vời phản ứng so sánh với chất xúc tác kim loại quý chi phí thấp [10] Tuy nhiên, số vấn đề như: Chấm dứt hoạt chất xúc tác hình thành than cốc / thiêu kết kim loại giải Các nghiên cứu gần tập trung vào việc phát triển chất xúc tác có hoạt tính cao ổn định cho phần trình oxy hóa Ceria nghiên cứu phản ứng khác sử dụng thuộc tính oxi hóa khử nó, tăng cường diện kim loại oxit kim loại [10] Nó biết CeO2 -ZrO2 giải pháp vững có dung lượng lưu trữ oxy cao, đóng vai trò quan trọng việc tăng cường hoạt động xúc tác điều kiện giảm oxy hóa [11] Hơn nữa, zirconia cải thiện ổn định nhiệt ceria cách giảm tốc độ trình tăng trưởng Crystallite [12] Trong này, báo cáo hoạt động, chọn lọc ổn định Ni/Ce(1-x)ZrxO2 (x= 0.25, 0.5 0.75) chất xúc tác cho trình oxy hóa để methane phần khí tổng hợp khoảng nhiệt độ từ 450-850°C áp suất khí II Thí nghiệm A.Chuẩn bị Catalyst 5wt% Ni/Ce(1-x)ZrxO2 (x= 0.25, 0.5 0.75) chất xúc tác chuẩn bị phương pháp đồng kết tủa Ce(NO3)3 6H2O (98,5% Merck), ZrOCl2 8H2O (99% Merck) Ni(NO3)3.6H2O (99% Merck) chất rắn bị hòa tan nước cất tỷ lệ tương ứng với mong muốn thức thành phần Dung dịch NaOH thêm vào từ từ khuấy hỗn hợp đạt PH 11 Kết tủa rửa nước nóng cất, sấy khô lò 90°C 24 nung khô không khí 750°C Ngoài ra, X% Ni/Ce(1-x)Zr xO2 (x= 0, 5, 10, 15 20) chất xúc tác chuẩn bị theo phương pháp tương tự B xúc tác Diện tích bề mặt BET xác định N2 hấp thụ 300°C (một phương pháp ba điểm Brunaur-Emmett-Teller (BET) sử dụng Tổng công ty Quantachrome Autosorb) Các mẫu qua xử lý 250°C 5h Nhiễu xạ tia X (XRD) hồ sơ ghi lại nhiễu xạ Philips PW1800 cách sử dụng xạ Cu Kα sức mạnh 40kV × 30mA C xúc tác phản ứng Xét nghiệm xúc tác thực dòng chảy lò phản ứng cố định giường, hoạt động isothermally áp suất khí Các lò phản ứng thực với ống thạch anh mm, đường kính bên Các lò phản ứng đun nóng với lò nướng điện trang bị với điều khiển nhiệt độ Khoảng 300 mg chất xúc tác nạp vào lò phản ứng Các chất xúc tác dạng viên,nghiền thành bột vào 25-45 lưới, đặt lò phản ứng, sau chỗ xử lý sơ dòng H2 tinh khiết 700°C Sau chất xúc tác làm lạnh, hỗn hợp khí có chứa chất phản ứng CH4 O2 với tỷ lệ mol 17% mol N2 phép lưu thông GHSV = 149.000 h-1 Các chất khí sản phẩm phân tích on-line Teif gostar 101-B trang bị máy sắc rây phân tử cột PROPACK q TCD, sử dụng dòng chảy Ngài với 15 ml / Việc chuyển đổi methane selectivities báo cáo công việc tính toán theo cách sau: III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN A Diện tích bề mặt BET Bảng I tóm tắt vùng bề mặt BET cho tất mẫu tổng hợp Nó nhận thấy diện tích bề mặt BET chất xúc tác tăng lên với tăng hàm lượng Zr Điều thay ionZr+4 (0.86Å), có bán kính cation nhỏ hơn, Ce+4 (1,09 Å) lưới địa điểm Sự giảm sút giảm kích thước tinh thể thường dự kiến để với gia tăng diện tích bề mặt [12] Ceria có nhiệt độ ổn định thấp thiêu kết trình calcinations Kể từ thiêu kết xảy tăng trưởng Crystallite [12], nói ZrO2 cải thiện ổn định nhiệt ceria cách giảm tốc độ trình tăng trưởng Crystallite Kết BET cao so với báo cáo Xu et al [13] Bằng cách sử dụng ZrOCl2 8H2O thay ZrO2 muối kim loại bắt đầu, nhiều khí phát hành trình nung, prosity tăng lên kết việc tăng diện tích bề mặt BET Nó quan sát thấy diện tích bề mặt BET xúc tác giảm với gia tăng Ni tải Điều giải thích xem xét Ni cư xử trung tâm thúc đẩy trình thiêu kết giai đoạn nung B.XRD Hình trình bày mẫu XRD chất xúc tác nung Không có chứng cho đỉnh thêm không hợp ZrO quan sát thấy mô hình XRD Ni/Ce(1-x)Zr xO2 (x= 0.25, 0.5 0.75) chất xúc tác Điều cho thấy ZrO2 đưa vào CeO2 để tạo thành dung dịch rắn Cần lưu ý đỉnh nhiễu xạ chuyển sang độ cao với lượng ngày tăng ZrO2 Quan sát cho co lại mạng tinh thể thay Ce+4 (1,09 Å) với bán kính cation nhỏ Zr+4 (0.86Å) Các kết tương tự quan sát Xu et al [13], Pengpanich et al [14] Alifanti [15] C Hoạt động xúc tác cho Methane phần oxy hóa Hình trình bày ảnh hưởng nhiệt độ lên hoạt tính xúc tác chất xúc tác Các giá trị chuyển đổi thực sau 1h phản ứng nhiệt độ Các hoạt động xúc tác chất xúc tác tăng lên với gia tăng Zr tải Các kết tương tự quan sát Xu et al [13] Pengpanich et al [14] H2 CO selectivities thể hình (a) (b), tương ứng Các hoạt động xúc tác tất chất xúc tác tăng lên với gia tăng nhiệt độ phản ứng, dẫn đến tăng H2 CO selectivities Nó quan sát thấy trật tự hai H2 CO chọn lọc là: Ni/Ce0.25Zr0,75O2> Ni/Ce0.5Zr0,5O2> Ni/Ce0,75Zr0,25O2 Hình cho thấy chọn lọc H2 so với chọn lọc CO cho Ni/Ce0.5Zr 0.5O2 chất xúc tác Ở nhiệt độ 650°C, chất xúc tác hoạt động tổng chất xúc tác trình oxy hóa, tạo nhiều CO2 CO, làm giảm CO chọn lọc với gradient lớn so với H2 có chọn lọc D Xúc tác ổn định Hình cho thấy biến thể CH4 chuyển đổi qua chất xúc tác khác 700°C hàm thời gian on-stream Nó thể việc chuyển đổi CH4 cho chất xúc tác không đổi khoảng thời gian 7h Sự ổn định tương tác kim loại hỗ trợ mạnh mẽ chất xúc tác.Các kết tương tự quan sát thấy Pengpanich et al [1] Kể từ chất xúc tác khử hoạt chủ yếu lắng đọng carbon [16], [17], [18], không thiêu kết, không hình thành than cốc nhìn thấy chất xúc tác H2 CO selectivities hiển thị hình (a) (b), tương ứng Tất chất xúc tác có chọn lọc cao cho H2 CO, lắng đọng carbon thấp Ni/Ce0.25Zr0.75O2 chất xúc tác có chọn lọc cao Các kết tương tự quan sát thấy Pengpanich et al [14] E Ảnh hưởng Ratio Feed Hoạt động xúc tác Tỷ lệ CH4/O2 ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác chất xúc tác Sự gia tăng hàm lượng oxy dòng thức ăn (CH4/O2=1,7), dẫn đến tăng CH4 chuyển đổi hai trình oxy hóa phần tổng số xảy Ngoài ra, CO chọn lọc tăng H2 chọn lọc giảm tất chất xúc tác Điều thực tế lượng vừa đủ oxy có sẵn để chuyển đổi CO H2 thành CO2 H2O, tương ứng (Hình 7) Các kết tương tự quan sát thấy Pengpanich et al [14] Trong trường hợp không đủ oxy (CH4/O2=2,5), việc chuyển đổi CH4 tìm thấy không thay đổi cho Ni/Ce(1-x)Zr xO2 (x = 0.25, 0.5 0.75) chất xúc tác Có thể kết luận điều chất xúc tác có khả lưu trữ oxy đáng kể diện CeO2 (Hình 8) A giảm hàm lượng oxy dòng thức ăn (CH4/O2 = 2,5) dẫn đến giảm CO chọn lọc tăng H2 chọn lọc Điều thiếu oxy, CO H2 chuyển đổi để CO2 H2O, tương ứng (Hình 9) Các kết tương tự quan sát thấy Pengpanich et al [14] IV KẾT LUẬN Tất chất xúc tác diện tích bề mặt cao Mô hình XRD cho thấy ZrO2 tích hợp vào mạng CeO2 tạo thành giải pháp vững Ni/Ce(1-x)Zr xO2(x = 0.25, 0.5 0.75) chất xúc tác Có thể kết luận phản ứng qua Ni/Ce(1-x)Zr xO2(x = 0.25, 0.5 0.75) chất xúc tác thực nhiệt độ thấp Các hoạt động xúc tác chất xúc tác Ni/Ce(1-x)Zr xO2 tăng với mức tăng Zr tải Thứ tự H2 CO selectivities Ni/Ce0.25Zr0,75O2> Ni/Ce0.5Zr0,5O2> Ni/Ce0,75Zr0,25O2 Sự gia tăng hàm lượng oxy dòng thức ăn dẫn đến tăng CH4 chuyển đổi CO chọn lọc, giảm chọn lọc H2 Trong trường hợp không đủ oxy việc chuyển đổi CH4 tìm thấy để giảm Ni/ZrO2 chất xúc tác không thay đổi cho Ni/Ce(1-x)Zr xO2(x = 0.25, 0.5 0.75) chất xúc tác [...]...E Ảnh hưởng của Ratio Feed trên Hoạt động xúc tác Tỷ lệ CH4/O2 cũng ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của các chất xúc tác Sự gia tăng hàm lượng oxy trong dòng thức ăn (CH4/O2=1,7), dẫn đến tăng CH4 chuyển đổi bởi vì cả hai quá trình oxy hóa một phần và tổng số xảy ra Ngoài ra, CO chọn lọc tăng và H2 chọn lọc giảm đối với tất cả các chất xúc tác Điều này là do thực tế rằng một lượng vừa đủ oxy có sẵn... chất xúc tác Có thể kết luận rằng phản ứng qua Ni/ Ce(1-x)Zr xO2(x = 0.25, 0.5 và 0.75) chất xúc tác có thể được thực hiện ngay cả ở nhiệt độ thấp Các hoạt động xúc tác của các chất xúc tác Ni/ Ce(1-x)Zr xO2 tăng với mức tăng trong Zr tải Thứ tự của cả H2 và CO selectivities là Ni/ Ce0.25Zr0,75O2> Ni/ Ce0.5Zr0,5O2> Ni/ Ce0,75Zr0,25O2 Sự gia tăng hàm lượng oxy trong dòng thức ăn dẫn đến tăng CH4 và chuyển... 7) Các kết quả cũng tương tự như quan sát thấy bởi Pengpanich et al [14] Trong trường hợp không đủ oxy (CH4/O2=2,5), việc chuyển đổi CH4 đã được tìm thấy vẫn không thay đổi cho Ni/ Ce(1-x)Zr xO2 (x = 0.25, 0.5 và 0.75) chất xúc tác Có thể kết luận rằng điều này là bởi vì các chất xúc tác có khả năng lưu trữ oxy đáng kể do sự hiện diện của CeO2 (Hình 8) A giảm hàm lượng oxy trong dòng thức ăn (CH4/O2 =... thiếu oxy, vì vậy CO và H2 là không thể chuyển đổi để CO2 và H2O, tương ứng (Hình 9) Các kết quả cũng tương tự như quan sát thấy bởi Pengpanich et al [14] IV KẾT LUẬN Tất cả các chất xúc tác đã chỉ ra diện tích bề mặt cao Mô hình XRD cho thấy ZrO2 được tích hợp vào mạng CeO2 và tạo thành một giải pháp vững chắc trong Ni/ Ce(1-x)Zr xO2(x = 0.25, 0.5 và 0.75) chất xúc tác Có thể kết luận rằng phản ứng qua. .. Ni/ Ce0,75Zr0,25O2 Sự gia tăng hàm lượng oxy trong dòng thức ăn dẫn đến tăng CH4 và chuyển đổi CO chọn lọc, nhưng giảm chọn lọc H2 Trong trường hợp không đủ oxy việc chuyển đổi CH4 đã được tìm thấy để giảm đối với Ni/ ZrO2 chất xúc tác trong khi nó vẫn không thay đổi cho Ni/ Ce(1-x)Zr xO2(x = 0.25, 0.5 và 0.75) chất xúc tác