Nghiên cứu phát triển hệ xúc tác mới CuO-ZnO-CeO2 cho quá trình tổng hợp methanol từ H2/CO2
Tóm tắt
Trong bài báo này, nhóm tác giả đã nghiên cứu phát triển hệ xúc tác mới CuO-ZnO-CeO2 cho quá trình tổng hợp methanol từ hỗn hợp H2/CO2 ở áp suất thấp. Các xúc tác được tổng hợp theo phương pháp kết tủa lắng đọng Cu, Zn trên CeO2 (CZ/Ce), hoặc đồng kết tủa Cu, Zn, Ce từ các muối nitrate tương ứng (CZ-Ce). Các mẫu được khảo sát hoạt tính thông qua phản ứng chuyển hóa hỗn hợp H2/CO2 thành methanol ở áp suất 5 bar, nhiệt độ 250°C, lưu lượng thể tích GHSV = 36.000 giờ-1. Các mẫu xúc tác đều được phân tích đặc trưng tính chất hóa lý bằng các phương pháp XRD, hấp phụ N2, TPR-H2 và SEM-EDX. Hiệu suất tổng hợp methanol trên mẫu CZ/Ce (MTYCZ/Ce = 120,9gCH3OH.kgxt -1.h-1) cao hơn mẫu CZ-Ce (MTYCZ-Ce = 110,4gCH3OH.kgxt-1.h-1) nhưng độ chọn lọc methanol trên mẫu CZ/Ce (SCH3OH = 65,5%) lại thấp hơn mẫu CZ-Ce (SCH3OH = 71,1%). Khi so sánh với xúc tác truyền thống trên cơ sở CuO-ZnO/Al2O3 thì các mẫu xúc tác CZ/Ce và CZ-Ce cho hoạt tính tổng hợp methanol cao hơn 4,3 - 4,7 lần; độ chọn lọc methanol cao hơn 5,2 - 5,7 lần. Tương tác Cu-Ce (đánh giá qua TPR-H2) có thể là tâm hoạt tính cho quá trình tổng hợp methanol từ hỗn hợp H2/CO2.
Các tài liệu tham khảo
George A.Olah, Alain Goeppert, G.K.Surya rakash. Chemical recycling of carbon dioxide to methanol and dimethyl ether: From greenhouse gas to renewable, environmentally carbon neutral fuels and synthetic hydrocarbons. The Journal of Organic Chemistry. 2009; 74(2): p. 487 - 498.
Alejandro Karelovic, Alice Bargibant, Camila Fernández, Patricio Ruiz. Effect of the structural and morphological properties of Cu/ZnO catalysts prepared by citrate method on their activity toward methanol synthesis from CO2 and H2 under mild reaction conditions. Catalysis Today. 2012; 197(1): p. 109 - 118.
T.H.Fleisch, R.L.Mieville. Studies on the chemical state of Cu during methanol synthesis. Journal of Catalysis. 1984; 90(1): p. 165 - 172.
S.Pradhan, A.Satyanarayana Reddy, R.N.Devi, Satyanarayana Chilukuri. Copper-based catalysts for water gas shift reaction: Influence of support on their catalytic activity. Catalysis Today. 2009; 141(1 - 2): p. 72 - 76.
X.Wang, J.A.Rodriguez, J.C.Hanson, D.Gamarra, A.Martínez-Arias, M.Fernández-García. In situ studies of the active sites for the water gas shift reaction over Cu-CeO2 catalysts: complex interaction between metallic copper and oxygen vacancies of ceria. The Journal of Physical Chemistry B. 2006; 110(1): p. 428 - 434.
G.S.Zafiris, R.J.Gorte. Evidence for low-temperature oxygen migration from ceria to Rh. Journal of Catalysis. 1993; 139(2): p. 561 - 567.
Celestino Padeste, Noel W.Cant, David L.Trimm. The influence of water on the reduction and reoxidation of ceria. Catalysis Letters. 1993; 18: p. 305 - 316.
T.Bunluesin, R.J.Gorte, G.W.Graham. Studies of the water-gas-shift reaction on ceria-supported Pt, Pd, and Rh: Implications for oxygen-storage properties. Applied Catalysis B: Environmental. 1998; 15(1 - 2): p. 107 - 114.
S.Hilaire, X.Wang, T.Luo, R.J.Gorte, J.Wagner. A comparative study of water-gas-shift reaction over ceria supported metallic catalysts. Applied Catalysis A: General. 2001; 215(1 - 2): p. 271 - 278.
S.Hilaire, X.Wang, T.Luo, R.J.Gorte, J.Wagner. A comparative study of water-gas-shift reaction over ceria supported metallic catalysts. Applied Catalysis A: General. 2001; 215: p. 271 - 278.
Xinsheng Liu, Wolfgang Ruettinger, Xiaoming Xu, Robert Farrauto. Deactivation of Pt/CeO2 water-gas shift catalysts due to shutdown/startup modes for fuelcell applications. Applied Catalysis B: Environmental. 2005; 56(1 - 2): p. 69 - 75.
Xiucheng Zheng, Xiaoli Zhang, Xiangyu Wang, Shurong Wang, Shihua Wu. Preparation and characterization of CuO/CeO2 catalysts and their applications in low-temperature CO oxidation. Applied Catalysis A: General. 2005; 295(2): p. 142 - 149.
Lê Phúc Nguyên, Bùi Vĩnh Tường, Hà Lưu Mạnh Quân, Vũ Thị Thanh Nguyệt, Nguyễn Phan Cẩm Giang, Đặng Thanh Tùng, Nguyễn Anh Đức. Ảnh hưởng của điều kiện hoạt hóa xúc tác đến hiệu suất quá trình tổng hợp methanol từ hỗn hợp H2/CO2 ở áp suất thấp trên hệ xúc tác CuO-ZnO-Al2O3. Tạp chí Hóa học. 2013; 51: trang 589 - 594.
K.D.M.Harris, M.Tremayne, B.M.Kariuki. Contemporary advances in the use of powder X-Ray diffraction for structure determination. Angewandte Chemie International Edition. 2001; 40(9): p. 1626 - 1651.
Son-Ki.Ihm, Young-Kwon Park, Jong-Ki Jeon, Kwang-Cheon Park, Dong-Keun Lee. A study on methanol synthesis through CO2 hydrogenation over copper-based catalysts. Studies in Surface Science and Catalysis. 1998; 114: p. 505 - 508.
George Avgouropoulos, Theophilos Ioannides. Selective CO oxidation over CuO-CeO2 catalysts prepared via the urea-nitrate combustion method. Applied Catalysis A: General. 2003; 244(1): p. 155 - 167.
G.Fierro, M.Lojacono, M.Inversi, P.Porta, R.Lavecchia, F.Cioci. A study of anomalous temperatureprogrammed reduction profiles of Cu2O, CuO and CuO-ZnO catalysts. Journal of Catalysis. 1994; 148(2): p. 709 - 721.
Yue Li, Qi Fu, Maria Flytzani-Stephanopoulos. Low-temperature water-gas shift reaction over Cu- and Ni-loaded cerium oxide catalysts. Applied Catalysis B: Environmental. 2000; 27(3): p.179 - 191.
T.Tabakova, F.Boccuzzi, M.Manzoli, J.W.Sobczak, V.Idakiev, D.Andreeva. A comparative study of nanosized IB/ceria catalysts for low-temperature water-gas shift reaction. Applied Catalysis A: General. 2006; 298: p. 127 - 143.
1. Tác giả giao bản quyền bài viết (tác phẩm) cho Tạp chí Dầu khí, bao gồm quyền xuất bản, tái bản, bán và phân phối toàn bộ hoặc một phần tác phẩm trong các ấn bản điện tử và in của Tạp chí Dầu khí.
2. Bằng cách chuyển nhượng bản quyền này cho Tạp chí Dầu khí, việc sao chép, đăng hoặc sử dụng một phần hay toàn bộ tác phẩm nào của Tạp chí Dầu khí trên bất kỳ phương tiện nào phải trích dẫn đầy đủ, phù hợp về hình thức và nội dung như sau: tiêu đề của bài viết, tên tác giả, tên tạp chí, tập, số, năm, chủ sở hữu bản quyền theo quy định, số DOI. Liên kết đến bài viết cuối cùng được công bố trên trang web của Tạp chí Dầu khí được khuyến khích.
