• شماره ركورد
    28921
  • پديد آورنده

    اميرحسين رجب زاده نوبخت

  • عنوان
    ساخت و ارزيابي كاتاليست‌هاي NiO/CaO-Al2O3 در واكنش متان‌سازي كربن دي‌اكسيد
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي شيمي
  • سال تحصيل
    1402
  • تاريخ دفاع
    1402/06/29
  • استاد راهنما
    مهران رضايي
  • دانشكده
    مهندسي شيمي
  • چكيده
    امروزه، تبديل كاتاليستي كربن‌دي‌اكسيد، به عنوان يك گاز گلخانه‌اي، به مواد شيميايي ارزشمند از توجه فراواني برخوردار است. در اين ميان، فرايند متان‌سازي كربن‌دي‌اكسيد يكي از مهم‌ترين روش‌هاي حذف و تبديل كربن‌دي‌اكسيد است. از ميان كاتاليست‌هاي مورد استفاده در اين واكنش، كاتاليست‌هاي مبتني بر نيكل بر پايه‌هاي تركيبي مورد توجه بسياري قرار گرفته است. در بخش اول پژوهش، پايه CaO:Al2O3 با نسبت‌هاي مولي مختلف (1:0، 1:1، 1:2، 1:3، 1:4 و 0:1) با روش مكانيكي-شيميايي سنتز شد. سپس، تأثير بارگذاري‌هاي مختلف نيكل (5، 5/7، 10، 5/12 و 15 درصد وزني) بررسي شد. با توجه به تست‌هاي راكتوري، پايه با نسبت مولي 1:2 = CaO:Al2O3 به عنوان پايه مناسب انتخاب شد. همچنين، با افزايش اكسيد نيكل از 5 به 15 درصد وزني، سطح ويژه كاتاليست‌ها m2.g-1 137 به m2.g-1 79 كاهش يافت. علاوه بر اين، با افزايش نسبت مولي CaO/Al2O3 از 0:1 به 1:2 و نيكل از 5 به 10 درصد وزني، عملكرد كاتاليست‌ها افزايش يافت كه مي‌تواند به دليل بهبود در احياپذيري كاتاليست‌ها باشد. از سويي ديگر، افزودن بيشتر CaO و اكسيد نيكل، تبديل دي‌اكسيد كربن را با كاهش مواجه كرد. بنابراين، كاتاليست 10 wt.% NiO/CaO.2Al2O3 داراي بيشترين تبديل دي‌اكسيد كربن (1/79%) و انتخاب‌پذيري متان (1/98%) در واكنش متان‌سازي دي‌اكسيد كربن در دماي °C 450 بود. همچنين، تأثير GHSV بر عملكرد كاتاليست انتخابي، مورد ارزيابي قرار گرفت و نتايج نشان داد كه كاهش در مقدار GHSV از ml.grcat-1.h-1 30000 به ml.grcat-1.h-1 12000، باعث افزايش عملكرد نمونه به ميزان 10% مي‌شود. به علاوه، با افزايش نسبت خوراك (H2/CO2) از 2 به 5 در دماي °C 450، تبديل دي‌اكسيد كربن از 3/50% به 3/93% افزايش يافت. در بخش دوم پروژه، تاثير افزودن ارتقادهنده‌هاي مختلف (CuO، Cr2O3، Co3O4، Fe2O3 و MnO2) بر كاتاليست 10 wt.% NiO/CaO.2Al2O3 و بارگذاري‌هاي مختلف ارتقادهنده منتخب (1، 3، 5 و 7 درصد وزني) مورد بررسي قرار گرفت. كاتاليست ارتقايافته با اكسيد كبالت داراي بهترين عملكرد و بيشترين سطح ويژه (m2.g-1 106) در بين نمونه‌هاي ارتقايافته بود. طبق نتايج، افزايش درصد وزني كبالت تا 3 درصد وزني، عملكرد كاتاليست را بهبود بخشيد. با اين حال، افزايش بيشتر محتواي كبالت از 3 به 7 درصد وزني باعث افزايش اندازه بلورينگي ذرات و كاهش سطح ويژه شد. در نتيجه، كاتاليست 3 wt.% Co3O4-10 wt% NiO/CaO.2Al2O3 داراي بهترين عملكرد با مقادير تبديل دي‌اكسيدكربن 1/83% و انتخاب‌پذيري متان 5/99% در °C 450 بود. همچنين، شرايط عملياتي شامل دماي كلسيناسيون، دماي احيا، GHSV، نسبت خوراك و آزمون پايداري طولاني‌مدت نيز بر روي كاتاليست منتخب مورد بررسي قرار گرفت.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1402/07/30
  • عنوان به انگليسي
    Synthesis and eva‎luation of Ni/CaO-Al2O3 Catalysts in CO2 Methanation Reaction
  • تاريخ بهره برداري
    9/19/2024 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    اميرحسين رجب زاده نوبخت

  • چكيده به لاتين
    This study conducted the CO2 methanation reaction over the nickel-based catalysts supported on CaO.Al2O3 with different CaO/Al2O3 molar ratios. The catalyst support was synthesized with the mechanochemical method, and the influence of nickel loading was investigated on the selected catalyst support with an appropriate CaO/Al2O3 molar ratio. According to the results, incorporating Al2O3 into the CaO increased the BET area from 5 to 196 m2.g-1. Also, the SBET of the calcined catalysts decreased with the augmentation of nickel oxide percentage from 5 to 15 wt.% due to the pore blocking of the support after metal addition. Moreover, the activity of catalysts enhanced with the increment of CaO/Al2O3 molar ratio and NiO percentage, ascribed to the improvement in the reducibility of the catalysts. However, the excessive addition of CaO and nickel oxide reduced the CO2 conversion because of a significant decrease in surface area. Therefore, 10wt.% NiO/CaO.2Al2O3 catalyst possessed superior CO2 conversion (79.1%) and CH4 selectivity (98.1%) in CO2 methanation reaction at 450 °C, H2/CO2 = 4 and GHSV = 18,000 ml.h-1.g-1cat. The selected sample illustrated great stability for 11 h without any remarkable change in its initial catalytic activity. The impact of GHSV on the catalytic performance of the selected catalyst was eva‎luated, and the outcomes exhibited that decrement in GHSV value enhanced CO2 conversion. With the increment of feed ratio (H2/CO2) from 2 to 5, CO2 conversion reached 93.3%, ascribed to the existence of adequate hydrogen to react with CO2. The optimum amount of NiO was selected at 10 wt.% along with CaO:Al2O3 as support with the molar ratio of 1:2. The Co-doped catalyst showed the lowest pore size (9.4 nm) and the highest surface area (106 m2.g-1) among the promoted catalysts. The results exhibited that the Co3O4(3)-NiO(10)/CaO.2Al2O3 catalyst possessed superior catalytic performance in the CO2 methanation reaction. The results illustrated that the increase in cobalt oxide percentage up to 3 wt.% improved catalytic performance. However, further augmentation in the Co3O4 from 3 to 7 wt.% diminished the specific surface area. According to the performance tests, carbon dioxide conversion and methane selectivity were 83.1% and 99.5% at 450 °C under operating conditions (GHSV = 18,000 ml.gcat-1.h-1 and H2:CO2 = 4:1) over this catalyst. The processing conditions including calcination temperature, reduction temperature, GHSV, feed ratio, and long-term stability test were also examined over the selected catalyst. Outcomes revealed that CO2 conversion increased with a decrement in calcination temperature from 650 to 450 °C. Also, chosen catalyst reduced at 650 °C showed the highest performance. Besides, catalytic performance enhanced by raising feed ratio (H2:CO2) from 2:1 to 5:1 and decreased with augmentation of GHSV from 12,000 to 30,000 ml.gcat-1.h-1. Moreover, Co3O4(3)-NiO(10)/CaO.2Al2O3 catalyst possessed high stability during 14 h time on stream.
  • كليدواژه هاي فارسي
    متان‌سازي , تبديل كربن‌دي‌اكسيد , ارتقادهنده , كاتاليست NiO-Co3O4/CaO-Al2O3
  • كليدواژه هاي لاتين
    Methanation , CO2 conversion , Promoter , NiO-Co3O4/CaO-Al2O3 catalyst
  • Author
    Amirhosein Rajabzadeh Nobakht
  • SuperVisor
    Mehran Rezaei