تأثير پايه هاي زئوليتي گوناگون روي ويژگي ها و عملكرد راكتوري نانوكاتاليست كروم اكسيد براي استفاده در فرايند هيدروژن گيري اكسايشي C2H6/CO2

شیمی و مهندسی شیمی ایران

دوره 36 - شماره 1

نوع مقاله: Original Article
چكيده: در اين پژوهش، امكان به­ كارگيري پايه ­هاي زئوليتي و تأثير نوع هاي گوناگون آن بر روي ويژگي­ هاي كاتاليستي و عملكرد راكتوري نانوكاتاليست كروم اكسيد براي استفاده در فرايند هيدروژن­گيري اكسايشي اتان به كمك كربن دي اكسيد مورد ارزيابي قرار گرفت. در اين راستا، شماري از كاتاليست­ هاي كروم اكسيد داراي 3.4 % وزني كروم با تلقيح پايه­ هاي زئوليتي انتخاب شده كلينوپتيلوليت، SAPO-34 و HZSM-5 تهيه شدند. بدين منظور، كلينوپتيلوليت خريداري شد و پايه ­هاي SAPO-34 و HZSM-5 به روش هيدروترمال تهيه شدند كه آناليزهاي XRD، FESEM، BET و EDX تهيه موفقيت آميز آن­ها را تأييد كردند. تصويرهاي FESEM تشكيل كلوخه­ هاي كم­تر و پراكندگي بهتر نانوذره ­هاي سطحي بر روي ذره­ هاي مكعبي شكل ZSM-5 را در مقايسه با ديگر پايه­هاي زئوليتي تأييد كردند. نتيجه­ هاي آناليز TPD-NH3نشان داد كه با به­ كارگيري پايه كلينوپتيلوليت دستيابي به ويژگي­ هاي اسيدي بهتري در مقايسه با ديگر پايه­ هاي زئوليتي امكان­پذير مي­ باشد كه به پايداري بالاي كاتاليست كمك شاياني مي­ كند. بر اساس نتيجه­ هاي آناليز EDX، به ­كارگيري پايه­ هاي تهيه شده به­ويژه HZSM-5 به دليل سطح ويژه بالا سبب توزيع بهتر ذره ­هاي كروم مي­شود كه وجود ذره ­هاي كروم فعال (اكسايشي-كاهشي) بيش­تر بر روي سطح HZSM-5 را نويد مي­دهد و اين امر در كنار نانوذرات سطحي يكنواخت و تشكيل كلوخه ­هاي كم­تر در كاتاليست تهيه شده از دليل­ هاي كارآيي به­تر نانوكاتاليست Cr/ZSM-5 برشمرده مي ­شود. براساس نتيجه­ هاي ويژگي­سنجي، سطح ويژه پايين و توزيع نامناسب ذره ­هاي كروم در كاتاليست Cr/Clinotilolite و پوشش سطحي و بسته شدن حفره­ هاي SAPO-34 در كاتاليست Cr/SAPO-34 از دليل­ هاي اصلي پايين بودن بازدهي اين كاتاليست­ ها در مقايسه با به­ كارگيري پايه ZSM-5 مي­باشند. ديده شد كه نانوكاتاليست Cr/ZSM-5 با بازده توليد اتيلن 45.4 % به­خوبي اتان را در حضور CO2 و در دماي 700 به اتيلن تبديل مي ­كند. رسوب كك در نتيجه وجود سايت­ هاي اسيدي قوي عامل اصلي روند كاهشي ديده شده براي فعاليت كاتاليست Cr/ZSM-5 با گذشت زمان مي­باشد.
Influence of Various Types of Zeolitic Supports on Catalytic Properties and Performance of Cr-Based Nanocatalysts Used in C2H6/CO2 Oxidative Dehydrogenation Process
Article Type: Original Article
Abstract: In this study, the applicability of zeolitic supports and effect of zeolitic supports on catalytic properties and performance of Cr-based nanocatalysts used in oxidative dehydrogenation of ethane with CO2 were investigated. In this regard, a series of chromium oxide-based catalysts containing 3.4 wt.% of Cr were prepared by incipient wetness impregnation of clinoptilolite, SAPO-34 and HZSM-5 chosen among the natural zeolites, zeo-type materials and synthetic zeolites, respectively. To this aim, clinoptilolite was purchased and SAPO-34 and HZSM-5 were successfully synthesized via the hydrothermal method as evidenced by XRD, FESEM, BET and EDX techniques. The formation of fewer agglomerations and better dispersion of surface nanoparticles over cubic-like particles of ZSM-5 compared to other zeolitic supports were confirmed by FESEM images. The TPD-NH3 results revealed that more desirable acidic properties were obtained by employing clinoptilolite compared to other zeolitic supports, resulting in high stability. Based on the EDX results, a higher dispersion of chromium species could be achieved using synthetic supports especially HZSM-5 due to their much higher specific surface area. This reflects in the higher content of redox Cr species stabilized in comparison with SAPO-34 and clinoptilolite, which alongside homogenous and fine surface nanoparticles and fewer agglomerations account for the superior catalytic performance of Cr/ZSM-5. Based on the characterization results, the low surface area of clinoptilolite and low dispersion of Cr species in Cr/Clinoptilolite and surface coverage and micropore blockage in Cr/SAPO-34 are mainly responsible for low ethylene yield of this catalyst compared with implementing ZSM-5 support. It was found that Cr/ZSM5 effectively dehydrogenated ethane to ethylene in the presence of CO2 at 700 °C, giving 45.4% ethylene yield. Coke deposition as a result of the presence of strong acid sites is mainly responsible for decreasing trend observed for catalytic performance with increasing reaction time.
قیمت : 20,000 ريال