Czasopismo | PRZEMYSŁ CHEMICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 12

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

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

10.15199/62.2024.12.35

nr katalogowy: 152122
10.15199/62.2024.12.35

Streszczenie

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.

Abstract

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

Keywords

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.

Zeszyt


PRZEMYSŁ CHEMICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-12 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł

Prenumerata

PRZEMYSŁ CHEMICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEMYSŁ CHEMICZNY - prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEMYSŁ CHEMICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEMYSŁ CHEMICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEMYSŁ CHEMICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEMYSŁ CHEMICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Open Access

Zeszyt

2024-12

Twój Koszyk

Zeszyt

Prenumerata

Open Access

Zeszyt

Czasopisma