Badanie procesu utleniającego sprzęgania metanu na modyfikowanym barem i wapniem katalizatorze La-Ce-O

• Autorzy: Michorczyk Barbara , Kralka-Muzyk Monika

Identyfikatory

DOI

10.15199/62.2024.12.35

Warianty tytułu

EN

Study on the process for oxidative coupling of methane over a barium and calcium-modified La-Ce-O catalyst

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Otrzymano dwie serie katalizatorów na bazie La-Ce-O modyfikowanego dodatkiem 5, 10 i 20% mas. jonów baru lub wapnia i scharakteryzowano je pod kątem ich właściwości fizyczno-chemicznych oraz katalitycznych. Uzyskane materiały zbadano metodami niskotemperaturowej adsorpcji azotu, TPD-CO2, XRD oraz SEM-EDS, a ich aktywność w procesie OCM zbadano w zakresie temp. 400-800°C. Wykazano, że modyfikacja katalizatora La-Ce-O jonami baru i wapnia miała znaczący wpływ na porowatość, powierzchnię BET, rozkład i moc zasadowych centrów aktywnych, morfologię, a także właściwości katalityczne. Zarówno katalizator La-Ce-O, jak i jego modyfikacje jonami baru i wapnia charakteryzowały się bardzo wysoką aktywnością w procesie OCM w niskich temperaturach (ok. 550°C). Pod względem zmian konwersji metanu w funkcji temperatury, wszystkie materiały zachowywały się podobnie. W zakresie temp. 500-550°C preferowaną ścieżką reakcji była konwersja do gazu syntezowego i dalsze utlenianie tlenku węgla, przy czym głównymi produktami reakcji metanu z tlenem był wodór i ditlenek węgla. W wyższych temperaturach (>550°C) preferowanym procesem stało się utleniające sprzęganie metanu. Najwyższą selektywność do etylenu i etanu (55-60%) osiągnięto w zakresie temp. 650-750°C. Dodatek jonów wapnia lub baru znacząco poprawił selektywność do etylenu i etanu. Powyżej 600°C selektywność wzrosła o 15%, nie wpływając w znaczący sposób na stopień konwersji metanu.

EN

Two series of La-Ce-O-based materials modified with 5, 10, and 20% by mass of Ba or Ca ions were studied for their physicochem. and catal. properties. The materials were characterized by low-temp. N₂ adsorption, TPD-CO₂, XRD, and SEM-EDS, and their activity in the oxidative coupling of MeH (OCM) process was tested at temp. 400–800°C. The modification significantly influenced porosity, BET surface area, distribution and strength of basic active sites, morphol., as well as catal. properties. Both the base La-Ce-O catalyst and its modifications exhibited very high activity in the OCM process at temp. as low as 550°C. In terms of conversion changes as a function of temp., all materials behaved similarly. In the temp. range of 500-550°C, the conversion to synthesis gas and further oxidn. of CO was preferred, with the main products of the MeH-O reaction being H₂ and CO₂. At above 550°C, oxidative coupling of MeH became the preferred process. The highest selectivity for ethylene and EtH (55-60%) was achieved at temp. 650-750°C. Moreover, the addn. of Ca or Ba significantly improved the selectivity for ethylene and EtH. At temp. above 600°C, selectivity increased by 15%, without any significant effects on the of MeH conversion degree.

Słowa kluczowe

PL

metan; utleniające sprzęganie metanu; etylen; tlenek lantanu; tlenek ceru

EN

methane; oxidative coupling; ethylene; lanthanum oxide; cerium oxide

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przemysł Chemiczny
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 103, nr 12
• Strony: 1563--1572
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys., wyk.

Twórcy

autor

Michorczyk Barbara

• Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki, ul. Warszawska 21, 31-155 Kraków

• https://orcid.org/0000-0002-2279-2294

autor

Kralka-Muzyk Monika

• Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki

• https://orcid.org/0009-0005-7916-7595

Bibliografia

• [1] A. Karakaya, R. J. Kee, Prog. Energ. Combust. Sci. 2016, 55, 60.
• [2] J. Si, G. Zhao, W. Sun, J. Liu, C. Guan, Y. Yang, X. R. Shi, Y. Lu, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, 202117201.
• [3] S. Arndt, G. Laugel, S. Levchenko, R. Horn, M. Baerns, M. Scheffler, R. Schlögl, R. Schomäcker, Catal. Rev. 2011, 53, 424.
• [4] H. R. Godini, S. Xiao, S. Jašo, S. Stünkel, D. Salerno, N. X. Son, S. Song, G. Wozny, Fuel Process. Technol. 2013, 106, 684.
• [5] S. Da Ros, T. Barbalho Fontoura, M. Schwaab, N. J. Castro de Jesus, J. C. Pinto, Processes 2021, 9, 2196.
• [6] D. Noon, B. Zohour, S. Senkan, J. Nat. Gas Sci. Eng. 2014, 18, 406.
• [7] D. Noon, A. Seubsai, S. Senkan, ChemCatChem 2013, 5, 146.
• [8] Y. H. Hou, W. Ch. Han, W. S. Xia, H. L. Wan, ACS Catal. 2015, 5, 1663.
• [9] K. Sugiura, S. Ogo, K. Iwasaki, T. Yabe, Y. Sekine, Sci. Rep. 2016, 6, 25154.
• [10] Y. Zhang, J. Xu, X. Xu, R. Xi, Y. Liu, X. Fang, X. Wang, Catal. Today 2020, 355, 518.
• [11] R. Feng, P. Niu, B. Hou, Q. Wang, L. Jia, M. Lin, D. Li, J. Energy Chem. 2022, 67, 342.
• [12] J. Wang, L. Chou, B. Zhang, H. Song, J. Yang, J. Zhao, S. Li, Catal. Commun. 2006, 7, 59.
• [13] J. Liu, J. Yue, M. Lv, F. Wang, Y. Cui, Z. Zhang, G. Xu, Carbon Resour. Convers. 2022, 5, 1.
• [14] P. R. Murthy, Y. Liu, G. Wu, Y. Diao, C. Shi, Crystals 2021, 11, 1011.
• [15] S. Lacombe, C. Geantet, C. Mirodatos, J. Catal. 1994, 151, 439.
• [16] T. Jiang, J. Song, M. Huo, N. T. Yang, J. Liu, J. Zhang, Y. Sun, Y. Zhu, RSC Adv. 2016, 6, 34872.
• [17] T. Le Van, M. Che, M. Kermarec, C. C. Louis, J. M. Tatibouet, Catal. Lett. 1990, 6, 395.
• [18] Y. H. Hou, Y. L. Lin, Q. Li, W. Z. Weng, W. S. Xia, H. L. Wan, ChemCatChem 2013, 5, 3725.
• [19] H. Yamashita, Y. Machida, A. Tomita, Appl. Catal. A: Gen. 1991, 79, 203.
• [20] C. T. Au, H. He, S. Y. Lai, C. F. Ng, J. Catal. 1996, 159, 280.
• [21] V. R. Choudhary, V. H. Rane, J. Chem. Technol. Biotechnol. 1997, 69, 63.
• [22] N. B. Wong, K. Ch. Tin, K. Lau, J. Chem. Technol. Biotechnol. 1996, 65, 351.
• [23] V. R. Choudhary, S. A. R. Mulla, V. H. Rane, J. Chem. Technol. Biotechnol. 1998, 72, 125.
• [24] N. B. Wong, K. Ch. Tin, J. Chem. Technol. Biotechnol. 1996, 67, 164.
• [25] V. R. Choudhary, S. T. Chaudhari, A. M. Rajput, V. H. Rane, Catal. Lett. 1989, 3, 85.
• [26] B. Litawa, P. Michorczyk, J. Ogonowski, Pol. J. Chem. Technol. 2013, 15, 22.
• [27] V. R. Choudhary, S. A. R. Mulla, V. H. Rane, J. Chem. Technol. Biotechnol. 1998, 71, 167.
• [28] H. Borchert, M. Baerns, J. Catal. 1997, 168, 315.
• [29] A. G. Dedov, A. S. Loktev, I. I. Moiseev, A. Aboukais, J. F. Lamonier, I. N. Filimonov, Appl. Catal. A: Gen. 2003, 245, 209.
• [30] J. Xu, Y. Zhang, Y. Liu, X. Fang, X. Xu, W. Liu, R. Zheng, X. Wang, Eur. J. Inorg. Chem. 2019, 183.
• [31] V. J. Ferreira, P. Tavares, J. L. Figueiredo, J. L. Faria, Catal. Commun. 2013, 42, 50.
• [32] H. Wang, C. Yang, C. Shao, S. Alturkistani, G. Magnotti, J. Gascon, K. Takanabe, S. M. Sarathy, ChemCatChem 2022, 14, 1.
• [33] P. Fleming, R. A. Farrell, J. D. Holmes, M. A. Morris, J. Am. Ceram. Soc. 2010, 93, 1187.
• [34] C. T. Au, H. He, S. Y. Lai, C. F. Ng, Appl. Catal., A: Gen. 1997, 159, 133.
• [35] X. Zhou, Y. Pang, Z. Liua, E. I. Vovk, A. P. van Baveld, S. Li, Y. Yan, J. Energy Chem. 2021, 60, 649.
• [36] Y. Wang, X. Yang, F. Yin, K. Zhang, H. Guo, G. Wang, G. Jiang, C. Li, X. Zhu, J. Energy Chem. 2022, 73, 49.
• [37] B. Zhang, D. Li, X. Wang, Catal. Today 2010, 158, 348.
• [38] L. Hu, D. Pinto, A. Urakawa, ACS Sustainable Chem. Eng. 2023, 11, 10835.
• [39] S. Alturkistani, H. Wang, R. Gautam, S. M. Sarathy, ACS Omega 2023, 8, 21223.
• [40] T. W. Elkins, S. J. Roberts, H. E. Hagelin-Weaver, Appl. Catal. A Gen. 2016, 528, 175.