PL244205B1 - Nickel-vanadium catalyst for carbon dioxide valorization, method of obtaining a nickel-vanadium catalyst and the use of nickel-vanadium catalyst in carbon dioxide valorization processes - Google Patents
Nickel-vanadium catalyst for carbon dioxide valorization, method of obtaining a nickel-vanadium catalyst and the use of nickel-vanadium catalyst in carbon dioxide valorization processes Download PDFInfo
- Publication number
- PL244205B1 PL244205B1 PL434122A PL43412220A PL244205B1 PL 244205 B1 PL244205 B1 PL 244205B1 PL 434122 A PL434122 A PL 434122A PL 43412220 A PL43412220 A PL 43412220A PL 244205 B1 PL244205 B1 PL 244205B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- vanadium
- nickel
- catalyst
- precursor
- niox
- Prior art date
Links
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Pierwszym przedmiotem wynalazku jest katalizator niklowo-wanadowy na nośniku stałym, charakteryzujący się tym, że stosunek wagowy niklu do wanadu w katalizatorze wynosi od 1 do 25, przy czym wanad jest osadzony na nośniku stałym w postaci krystalitów tlenków niklu i/lub krystalitów tlenku wanadu i/lub krystalitów tlenków mieszanych niklu i wanadu, przy czym nośnik został otrzymany z prekursora o strukturze hydrotalcytu. Kolejnym przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania katalizatora oraz jego zastosowanie w procesach waloryzacji dwutlenku węgla.The first subject of the invention is a nickel-vanadium catalyst on a solid support, characterized in that the weight ratio of nickel to vanadium in the catalyst is from 1 to 25, with the vanadium being deposited on the solid support in the form of nickel oxide crystallites and/or vanadium oxide crystallites and /or crystallites of mixed oxides of nickel and vanadium, the support being obtained from a precursor with a hydrotalcite structure. Another subject of the invention is the method of obtaining the catalyst and its use in carbon dioxide valorization processes.
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Pierwszym przedmiotem wynalazku jest katalizator niklowo-wanadowy na nośniku stałym do waloryzacji dwutlenku węgla. Drugim przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania katalizatora niklowo-wanadowego. Innym przedmiotem wynalazku jest zastosowanie katalizatora niklowo-wanadowego na nośniku stałym w procesach waloryzacji dwutlenku węgla, zwłaszcza w procesach uwodornienia dwutlenku węgla albo reformingu dwutlenkiem węgla alkanów.The first subject of the invention is a nickel-vanadium catalyst on a solid support for the valorization of carbon dioxide. The second subject of the invention is a method for obtaining a nickel-vanadium catalyst. Another subject of the invention is the use of a nickel-vanadium catalyst on a solid support in carbon dioxide valorization processes, especially in carbon dioxide hydrogenation processes or carbon dioxide reforming of alkanes.
Stan technikiState of the art
Zapobieganie lub ograniczanie skutków zmian klimatu jest kluczowym priorytetem Unii Europejskiej (UE). UE jest zobowiązana do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych o 20% do 2020 r. I o 40% do 2030 r. w porównaniu do poziomów z 1990 r. W związku z tym podejmuje się szereg działań promujących energię odnawialną, efektywność energetyczną i technologie niskoemisyjne, w tym technologie wykorzystania antropogenicznego dwutlenku węgla (CO2) (z ang. carbon dioxide utilization technologies CDUt). Spośród technologii CDUt katalityczna konwersja CO2 do węglowodorów poprzez uwodornienie umożliwia wykorzystanie CO2 do wytwarzania cennych chemikaliów/nośników energii i równoczesne zmniejszenie emisji CO2[1]. Prawie 90% wkładu w badania w ciągu ostatnich pięciu lat jest poświęcone opracowaniu aktywnego, trwałego i stabilnego katalizatora do zastosowania jako katalizator o wysokiej selektywności i trwałości w dalszych procesach przemysłowych [1-3].Preventing or reducing the effects of climate change is a key priority for the European Union (EU). The EU is committed to reducing greenhouse gas emissions by 20% by 2020 and 40% by 2030 compared to 1990 levels. As a result, a number of actions are being taken to promote renewable energy, energy efficiency and low-carbon technologies, including including technologies for the use of anthropogenic carbon dioxide (CO2) (carbon dioxide utilization technologies CDUt). Among CDUt technologies, the catalytic conversion of CO2 to hydrocarbons through hydrogenation enables the use of CO2 to produce valuable chemicals/energy carriers and simultaneously reduce CO2 emissions[1]. Almost 90% of research contributions over the last five years are devoted to the development of an active, durable and stable catalyst for use as a catalyst with high selectivity and durability in downstream industrial processes [1-3].
Katalityczna konwersja lekkich alkanów poprzez reforming dwutlenkiem węgla, CO2 (suchy reforming, z angielskiego dry reforming DR) umożliwia wykorzystanie np. gazu ziemnego do wytwarzania gazu syntezowego o stosunku H2/CO bliskim jedności. Reakcja ta przebiega według równania (1):Catalytic conversion of light alkanes by reforming with carbon dioxide, CO2 (dry reforming, DR) enables the use of, for example, natural gas to produce synthesis gas with an H2/CO ratio close to one. This reaction proceeds according to equation (1):
CH4+CO2= 2CO+2H2 ΔΗ= - 241 kJ/mol (1) i umożliwia redukcję emisji szkodliwych gazów cieplarnianych, takich jak CO2 i ChU [4-5]. Reakcja alkanów z dwutlenkiem węgla jest reakcją endotermiczną, i w porównaniu z reformingiem parowym, którego ΔΗ = - 2405 kJ/mol, przebiega wolniej i wymaga około 15% większej ilości ciepła. Proces ten jest również narażony na powstawanie depozytów węglowych (koksu), natomiast umożliwia waloryzacje dwóch szkodliwych gazów cieplarnianych z wytworzeniem cennych produktów, to jest syngazu, do dalszych syntez nieorganicznych (np. amoniaku) oraz organicznych (np. alkohole, etery, aldehydy, paliwa syntetyczne). Obok głównej wysokoendotermicznej reakcji konwersji metanu dwutlenkiem węgla (Równanie 1) w procesie zachodzą następujące reakcje (2)-(5):CH 4 +CO 2 = 2CO+2H 2 ΔΗ= - 241 kJ/mol (1) and enables the reduction of emissions of harmful greenhouse gases, such as CO2 and ChU [4-5]. The reaction of alkanes with carbon dioxide is an endothermic reaction, and compared to steam reforming, whose ΔΗ = - 2405 kJ/mol, proceeds slower and requires approximately 15% more heat. This process is also exposed to the formation of carbon deposits (coke), while it enables the valorization of two harmful greenhouse gases to produce valuable products, i.e. syngas, for further inorganic (e.g. ammonia) and organic (e.g. alcohols, ethers, aldehydes, fuels) syntheses synthetic). In addition to the main high-endothermic reaction of converting methane into carbon dioxide (Equation 1), the following reactions (2)-(5) take place in the process:
Reforming gazu ziemnego dwutlenkiem węgla może być prowadzony w rurowym reformerze, podobnie jak w konwencjonalnym reformingu parowym, z wytworzeniem mieszanki surowego syngazu o składzie CO=48, H2=44, ChU=4, CO2=2, H2O=2 (%) [5-7]. Konwersja gazu ziemnego (metanu, ChU) dwutlenkiem węgla jest w obliczu zrównoważonego rozwoju bardzo obiecującym procesem, ponieważ zakłada reakcję pomiędzy CO2 i ChU; które zaliczane są do gazów cieplarnianych i suchy reforming może mieć istotny udział w obniżeniu tego efektu. Poza metanem, w reformingu stosuje się węglowodory takie jak alkohole, aldehydy, ketony, kwasy, które w swej budowie strukturalnej posiadają tlen jako heteroatom. Węglowodory te mogą być pozyskane na drodze przetworzenia chemicznej lub biochemicznej biomasy, w tym biomasy odpadowej, a ich pochodzenie może być uznane za odnawialne [4-9].Reforming of natural gas with carbon dioxide can be carried out in a tubular reformer, similarly to conventional steam reforming, to produce a mixture of raw syngas with the composition CO = 48, H2 = 44, ChU = 4, CO2 = 2, H2O = 2 (%) [5 -7]. Conversion of natural gas (methane, ChU) with carbon dioxide is a very promising process in the face of sustainable development, because it involves a reaction between CO2 and ChU; which are classified as greenhouse gases and dry reforming may play a significant role in reducing this effect. In addition to methane, reforming uses hydrocarbons such as alcohols, aldehydes, ketones and acids, which in their structural structure contain oxygen as a heteroatom. These hydrocarbons can be obtained by processing chemical or biochemical biomass, including waste biomass, and their origin can be considered renewable [4-9].
Znane są katalizatory niklowe oraz bazujące na metalach szlachetnych, które stosowane są w procesach reformingu [1-6]. Najczęściej stosowane katalizatory suchego reformingu to katalizatory niklowe (Ni), które wykazują tendencję do dezaktywacji z powodu spiekania metalu i wysokiego tempa tworzenia sadzy (koksu) [1-5] [6-9]. Metale szlachetne, takie jak Pt, Rh, Ru i Ir, prezentują stabilną aktywność z niską szybkością formowania sadzy i osadzaniu się jej na katalizatorze podczas reakcji, jednak ich wysoki koszt i ograniczona dostępność sprawiają, że są one nieatrakcyjne w porównaniuThere are known nickel catalysts and those based on noble metals that are used in reforming processes [1-6]. The most commonly used dry reforming catalysts are nickel (Ni) catalysts, which tend to deactivate due to metal sintering and high soot (coke) formation rates [1-5] [6-9]. Noble metals such as Pt, Rh, Ru and Ir present stable activity with low rates of soot formation and deposition on the catalyst during the reaction, but their high cost and limited availability make them unattractive in comparison
PL 244205 Β1 z katalizatorami bazującymi na metalach nieszlachetnych [5,10-13]. Suchy reforming i efektywna waloryzacja CO2 na drodze reformingu wymaga zatem zastosowania stabilnych i skutecznych katalizatorów odpornych na koksowanie. Dlatego wiele badań prowadzonych obecnie jest skoncentrowane na poszukiwaniu ekonomicznego, trwałego i aktywnego katalizatora, aktywności metalu nieszlachetnego w aktywowaniu wiązania C-0 i C-H, odporności na tworzenie koksu oraz na rodzaju nośnika, w celu poprawienia wydajność katalizatora [3, 11].PL 244205 Β1 with catalysts based on base metals [5,10-13]. Dry reforming and effective CO2 valorization by reforming therefore require the use of stable and effective catalysts resistant to coking. Therefore, many studies currently conducted are focused on the search for an economical, durable and active catalyst, the activity of the base metal in activating the C-0 and C-H bond, resistance to coke formation and the type of support in order to improve the efficiency of the catalyst [3, 11].
W procesach reformingu utlenionych węglowodorów znane są również katalizatory miedziowe. Istotną wadą utrudniającą wykorzystanie katalizatorów miedziowych w procesach reformingu węglowodorów zawierających tlen t.j. eterów, alkoholi, kwasów, ketonów np. eteru dimetylowego (DME), dietylowego (DEE) jest ich wysoka podatność na dezaktywację termiczną [10-13]. Z tego względu prace badawcze ukierunkowane są na poszukiwanie układów katalitycznych charakteryzujących się wysoką i jednocześnie stabilną aktywnością w interesującym z technologicznego punktu widzenia zakresie temperatur - obecnie dla katalizatorów platynowych z dodatkiem germanu, irydu bądź renu osadzonych na a-AEOs to temperatura z zakresu 480-550°C dla ciśnienia z zakresu 0.35-3 MPa. Proponowane układy spinelowe np. CuFe2O4, lub materiały katalityczne oparte na niklu osadzonym na prostych np. N1/AI2O3 czy też mieszanych układach tlenkowych (CeZrO2)+Ni/Al2O3, również są badane w aspekcie reformingu eterów, natomiast w układzie suchego reformingu problematyczne jest koksowanie katalizatora [12-14]. Przewaga katalizatorów niklowych nad innymi układami w aspekcie zastosowania w procesach reformingu wynika z ich wysokiej selektywności do H2, wysokiej termostabilności oraz stosunkowo prostej preparatyki i niższej ceny w porównaniu z katalizatorami opartymi na metalach szlachetnych. Zalety te są szczególnie wyraźne w przypadku wysokotemperaturowych procesów reformingu alkanów na katalizatorach zawierających metale szlachetne (Garcia-Dieguez, M. Improved Pt-Ni nanocatalysts for dry reforming of methane, Applied Catalysis A: General Volume 377, Issue 1-2, 2010, Pages 191-199; Garcia-Dieguez, M. Nanostructured Pt- and Ni-based catalysts for CO2 - reforming of methane, Journal of Catalysis Volume 270, Issue 1,2010, Pages 136-145) oraz DME, które proponuje się dla procesów skojarzonych z ogniwami paliwowymi (P. Kowalik et.ai Biofuel steam reforming catalyst for fuel celi application; Catalysis Today Volume 254, 1 October 2015, Pages 129-134). Dodatkowo katalizatory N1/AI2O3 uzyskane na drodze kilkustopniowej impregnacji są z powodzeniem stosowane w procesach parowego reformingu węglowodorów (P. Kowalik et.ai Biofuel steam reforming catalyst for fuel celi application; Catalysis Today Volume 254, 1 October 2015, Pages 129-134).Copper catalysts are also known in the processes of reforming oxidized hydrocarbons. A significant drawback hindering the use of copper catalysts in the reforming processes of hydrocarbons containing oxygen, i.e. ethers, alcohols, acids, ketones, e.g. dimethyl ether (DME), diethyl ether (DEE), is their high susceptibility to thermal deactivation [10-13]. For this reason, research work is focused on searching for catalytic systems characterized by high and at the same time stable activity in a temperature range that is interesting from a technological point of view - currently, for platinum catalysts with the addition of germanium, iridium or rhenium supported on a-AEOs, the temperature is in the range of 480-550 °C for pressure in the range of 0.35-3 MPa. The proposed spinel systems, e.g. CuFe2O4, or catalytic materials based on nickel deposited on simple ones, e.g. N1/Al2O3, or mixed oxide systems (CeZrO2) + Ni/Al2O3, are also tested in the aspect of ether reforming, while coking is problematic in the dry reforming system catalyst [12-14]. The advantage of nickel catalysts over other systems in terms of use in reforming processes is due to their high selectivity to H2, high thermal stability, relatively simple preparation and lower price compared to catalysts based on noble metals. These advantages are particularly pronounced in the case of high-temperature alkane reforming processes on catalysts containing noble metals (Garcia-Dieguez, M. Improved Pt-Ni nanocatalysts for dry reforming of methane, Applied Catalysis A: General Volume 377, Issue 1-2, 2010, Pages 191-199; Garcia-Dieguez, M. Nanostructured Pt- and Ni-based catalysts for CO2 - reforming of methane, Journal of Catalysis Volume 270, Issue 1,2010, Pages 136-145) and DME, which are proposed for combined processes with fuel cells (P. Kowalik et.ai Biofuel steam reforming catalyst for fuel cell application; Catalysis Today Volume 254, 1 October 2015, Pages 129-134). Additionally, N1/Al2O3 catalysts obtained by multi-stage impregnation are successfully used in hydrocarbon steam reforming processes (P. Kowalik et.a. Biofuel steam reforming catalyst for fuel cell application; Catalysis Today Volume 254, 1 October 2015, Pages 129-134).
Jednym z problemów związanych z eksploatacją katalizatorów niklowych na nośnikach tlenkowych może być odkładanie się depozytu węglowego. Poszukiwania katalizatorów o wysokiej odporności na zawęglanie należą do jednych z kluczowych problemów perspektywicznych procesów pozyskiwania wodoru z węglowodorów poprzez różne warianty reformingu [5-14]. W świetle doniesień literaturowych dominują dwie drogi modyfikacji katalizatorów: poprzez zwiększenie alkaliczności nośnika (prekursor depozytu tworzy się na centrach kwasowych nośnika) lub poprzez domieszkowanie powierzchni katalizatora związkami bogatymi tlen, których mechanizm działania polega na powierzchniowym utlenianiu zarodków depozytu. Interesujące w tym aspekcie wydają się niektóre tlenki metali, a przede wszystkim V2O5 wykazujący katalityczne właściwości utleniające [7-8]. Dlatego też opracowano katalizator Ni zawierający w swym składzie wanad, w postaci tlenku wanadu (V) V2Os; który jest przedmiotem obecnego zgłoszenia patentowego.One of the problems associated with the operation of nickel catalysts on oxide supports may be the deposition of carbon deposits. The search for catalysts with high resistance to carbonization is one of the key problems in the future processes of obtaining hydrogen from hydrocarbons through various variants of reforming [5-14]. In the light of literature reports, two ways of modifying catalysts dominate: by increasing the alkalinity of the support (the deposit precursor is formed on the acid centers of the support) or by doping the catalyst surface with oxygen-rich compounds, the mechanism of action of which is based on the surface oxidation of deposit nuclei. Some metal oxides seem interesting in this respect, especially V 2 O 5 which exhibits catalytic oxidizing properties [7-8]. Therefore, a Ni catalyst containing vanadium in its composition, in the form of vanadium (V) oxide V2Os, was developed; which is the subject of the current patent application.
Reakcja uwodornienia CO2 (metanizacji) przebiega zgodnie z zapisem równania (6):The CO2 hydrogenation reaction (methanation) proceeds according to equation (6):
CO2 + 4H2 = CH4+ 2H2O, AH29SK = -165 kJ mol·1 (6), jest wysoce egzotermiczna. Ponadto ciśnienie i temperatura znacząco wpływają na równowagę reakcji. Zgodnie z termodynamiką, aby osiągnąć wysoką konwersję CO2, reakcję należy prowadzić w niskiej temperaturze. Niska temperatura oznacza jednak powolną kinetykę reakcji i niską konwersję CO2, zwłaszcza poniżej 523 K. Z drugiej strony obserwuje się spadek wydajności metanu powyżej 723 K, czemu towarzyszy tworzenie się CO jako produktu ubocznego poprzez reakcję odwrotnej konwersji tlenku węgla parą wodną, z ang. reverse watergas Shift reaction (RWGSR). Wysoka temperatura prowadzi również do pogorszenia właściwości katalizatora przez spiekanie.CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O, AH 29SK = -165 kJ mol· 1 (6), is highly exothermic. Moreover, pressure and temperature significantly affect the equilibrium of the reaction. According to thermodynamics, to achieve high CO2 conversion, the reaction must be carried out at a low temperature. However, low temperature means slow reaction kinetics and low CO2 conversion, especially below 523 K. On the other hand, a decrease in methane yield above 723 K is observed, which is accompanied by the formation of CO as a by-product through the reverse conversion of carbon monoxide with water vapor, i.e. reverse watergas shift reaction (RWGSR). High temperature also leads to deterioration of the catalyst properties by sintering.
W ostatnich latach przeprowadzono liczne badania nad katalizatorami metanizacji CO2. Prawie 90% wkładu w badania w ciągu ostatnich pięciu lat poświęcono na opracowanie aktywnego, bardzo trwałego i stabilnego katalizatora odpowiedniego do zastosowania w uwodornieniu CO2 do metanu. Wśród nich katalizatory na bazie Ni są najczęściej badanym materiałem ze względu na ich stosunkowo wysoką aktywność i niski koszt. Zazwyczaj jednak w badanych układach uzyskana konwersja, nie przekracza 50 % i katalizatory wykazują tendencję do dezaktywacji w czasie reakcji do 60-120 minut. Natomiast zastosowanie katalizatora w instalacjach przemysłowych wymaga katalizatora, który wykazuje stabilną aktywność.In recent years, numerous studies have been conducted on CO2 methanation catalysts. Almost 90% of research contributions over the last five years have been devoted to developing an active, highly durable and stable catalyst suitable for use in the hydrogenation of CO2 to methane. Among them, Ni-based catalysts are the most studied material due to their relatively high activity and low cost. Typically, however, in the tested systems the conversion obtained does not exceed 50% and the catalysts tend to be deactivated during the reaction time of up to 60-120 minutes. However, the use of a catalyst in industrial installations requires a catalyst that exhibits stable activity.
Obecnie prowadzone badania nad waloryzacją CO2 i włączeniem ponownym odpadowego dwutlenku węgla w łańcuch cennych produktów dotyczą w głównej mierze opracowaniu stabilnego katalizatora tego procesu. Proces redukcji CO2 do metanolu jest procesem znanym i stosowanym. W technologii wykorzystywanej przez BASF proces przebiega w fazie ciekłej w temperaturze 80°C, ciśnieniu 4.5 MPa i zastosowaniu NaOCH3. Uzyskany metanol otrzymuje się przez reakcje i recyrkulacje mrówczanu metylu, a głównym produktem procesu jest kwas mrówkowy. Konwencjonalne procesy uwodornienia CO2 do metanolu polegają na katalitycznej konwersji na katalizatorach opartych na tlenkach mieszanych miedziowo-cynkowych (Cu-Zn) w wysokich temperaturach roboczych (230-270°C), gdzie wytwarzanie metanolu jest niekorzystne termodynamicznie ze względu na egzotermiczność reakcji. Poprawa wydajności katalizatora była jednak w tych warunkach ograniczona. Behrens, M., et al. Science 2012, 336, 893. Ponadto, redukcja CO2 do metanolu jest procesem sześcioelektronowym, a zastosowanie pojedynczego katalizatora w celu uzyskania dobrej wydajności jest niewystarczające. Opracowane katalizatory niklowo-wanadowe do odnawialnej syntezy metanu a następnie reformingu metanu na tych samych układach również z wykorzystaniem dwutlenku węgla zakładają konwersję pochodnych CO2, takich jak węglany, karbaminiany i mrówczany do metanu.Current research on CO2 valorization and reintroduction of waste carbon dioxide into the chain of valuable products mainly concerns the development of a stable catalyst for this process. The process of reducing CO2 to methanol is a known and used process. In the technology used by BASF, the process takes place in the liquid phase at a temperature of 80°C, a pressure of 4.5 MPa and the use of NaOCH3. The obtained methanol is obtained by reacting and recirculating methyl formate, and the main product of the process is formic acid. Conventional CO2 hydrogenation processes to methanol involve catalytic conversion on copper-zinc mixed oxide (Cu-Zn) catalysts at high operating temperatures (230-270°C), where the production of methanol is thermodynamically unfavorable due to the exothermic nature of the reaction. However, the improvement in catalyst performance was limited under these conditions. Behrens, M., et al. Science 2012, 336, 893. Moreover, the reduction of CO2 to methanol is a six-electron process, and the use of a single catalyst to obtain good efficiency is insufficient. The developed nickel-vanadium catalysts for renewable methane synthesis and subsequent methane reforming in the same systems, also using carbon dioxide, assume the conversion of CO2 derivatives such as carbonates, carbamates and formates to methane.
Znane są katalizatory niklowe stosowane zarówno w procesach reformingu jak i uwodornienia dwutlenku węgla. Badania prowadzone nad aktywnością katalizatora, stabilnością i odpornością na tworzenie węgla, zwykle realizuje się przez dodanie promotorów, osadzenie fazy aktywnej na różnych nośnikach lub zastosowanie różnych metod przygotowania katalizatora.Nickel catalysts are known to be used in both reforming and hydrogenation processes of carbon dioxide. Research on catalyst activity, stability and resistance to carbon formation is usually carried out by adding promoters, depositing the active phase on various supports or using various methods of catalyst preparation.
Wśród promotorów często stosuje się cer (Ce) w celu poprawy dyspersji nanocząstek Ni i zmniejszenia wielkości cząstek Ni. Optymalna zawartość tlenku ceru w katalizatorze prowadzi również do skutecznej aktywacji CO2 poprzez parę jonów Ce37Ce4+. Inny sposób na zwiększenie wydajności katalitycznej można uzyskać poprzez zaangażowanie plazmy w proces katalityczny. Połączenie plazmy z barierą dielektryczną (DBD) z katalizatorem może inicjować reakcje chemiczne, takie jak jonizacja, wzbudzanie i dysocjacja w niższej temperaturze. Z drugiej strony może również mieć dodatkowy wpływ na właściwości fizykochemiczne katalizatora, takie jak dyspersja miejsca aktywnego, liczba dostępnych miejsc aktywnych itp. W rzeczywistości te właściwości katalizatora są bezpośrednio związane z aktywnością katalizatora, selektywnością i ilością aktywowanego/przekształconego CO2, ponieważ w plazmie występuje wiele aktywnych cząstek, takich jak elektrony, jony i rodniki, które mogą niestety sprzyjać koksowaniu się katalizatora. Dodatkowo znany sposób wytworzenia katalizatora Ni-Ce wymaga użycia roztworów Ce, który jest szkodliwy dla zdrowia. Pomimo użycia Ce nadal na katalizatorach obserwuje się wydzielanie sadzy, szczególnie w wysokiej temperaturze, co wpływa niekorzystnie na aktywność otrzymanych warstw katalitycznych i prowadzi do zatrucia katalizatora. Prowadzi to do utraty liczby miejsc aktywnych katalitycznie w danym procesie lub do zmiany pożądanej ścieżki, jaką przebiega reakcja z otrzymaniem pożądanego produktu i obniżeniem wydajności katalizatora.Among the promoters, cerium (Ce) is often used to improve the dispersion of Ni nanoparticles and reduce the size of Ni particles. The optimal content of cerium oxide in the catalyst also leads to effective activation of CO2 through the Ce 3 7Ce 4+ ion pair. Another way to increase catalytic efficiency can be achieved by involving plasma in the catalytic process. Combining a dielectric barrier plasma (DBD) with a catalyst can initiate chemical reactions such as ionization, excitation, and dissociation at lower temperatures. On the other hand, it can also have an additional influence on the physicochemical properties of the catalyst, such as the dispersion of the active site, the number of available active sites, etc. In fact, these properties of the catalyst are directly related to the activity of the catalyst, selectivity and the amount of activated/converted CO2, since there is a lot of CO2 in the plasma. active particles such as electrons, ions and radicals, which may unfortunately promote the coking of the catalyst. Additionally, the known method of producing a Ni-Ce catalyst requires the use of Ce solutions, which is harmful to health. Despite the use of Ce, soot release is still observed on the catalysts, especially at high temperatures, which adversely affects the activity of the obtained catalytic layers and leads to catalyst poisoning. This leads to a loss of the number of catalytically active sites in a given process or to a change in the desired reaction path to obtain the desired product and a reduction in the efficiency of the catalyst.
Ze stanu techniki znane są katalizatory wanadowe lub niklowo-wanadowe z literatury naukowej. W amerykańskim zgłoszeniu patentowym US3182027A opisano katalizator zawierający V2O5 rozproszony w szkle potasowym. Znajduje on zastosowanie w reakcji utleniania wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, a zwłaszcza utleniania benzyny ciężkiej od toluenu do bezwodnika ftalowego. Według opisanego tam rozwiązania stosuje się roztwór pięciotlenku wanadu i stopionego pirosiarczanu potasu w stosunku molowym wynoszącym K2O:V2O5 między 1:1 a 6:1, a najlepiej około 4:1. Roztwór pozostawia się do ostygnięcia i stwardnienia. W innym amerykańskim zgłoszeniu patentowym US3277017A ujawniono katalizator wanadowy na nośniku stałym (porowaty tlenek glinu) zwierający fosforan srebra do utleniania gazowych związków organicznych do dikarboksylowych bezwodników kwasowych, maleinowych i ftalowych. Zgodnie z cytowanym rozwiązaniem udział V2O5 w składzie katalizatora był nie mniejszy niż 20% w celu widocznej poprawy aktywności. W kolejnym amerykańskim zgłoszeniu patentowym US20130244115A1 przedstawiono sposób formowania cienkich warstw w postaci filmu romboedrycznego V2O5. Ujawnia on również opis baterii zawierającej ww. filmy jako materiały katodowe. W publikacji naukowej Dehydrogenation of isobutane over V2Os/a-Al2O3 catalyst (React.Kinet.Catal.Lett. Vol. 74, No. 1, 103-110) opisano otrzymywanie katalizatora wanadowego poprzez impregnację a-AI2O3 lub SiO2 roztworem NH4VO3. W tej samej publikacji opisano także zastosowanie tego katalizatora w reakcji odwodornienia izobutanu. Natomiast w publikacji Effect of additives on properties of V2Os/SiO2 and V2Os/MgO catalysts: I. Oxidative dehydrogenation of propane and ethane (Applied Catalysis A: General 309 (2006) 10-16) przedstawiono katalizatory heterogeniczne na zawierające tlenek wanady (V) na krzemionce albo na tlenku magnezu otrzymane przez impregnację nośników roztworem zawierającym NH4VO3. Opisano w niej katalizator badano w reakcji utleniającego odwodornienia etanu i propanu. Z kolei w publikacji Hydrogen production by steam reforming of DME over Ni-based catalysts modified with vanadium (International Journal of Hydrogen Energy, Volume 41, Issue 43, 16 November 2016, Pages 19781-19788) Volume 41, Issue 43, 16 November 2016, Pages 19781-19788) opisano zastosowanie katalizatora niklowo-wanadowego na Al2O3 do reforming parowego eteru dimetylowego czy metanolu. Katalizator został otrzymany przez wieloetapową impregnację nośnika korundowego, w postaci pierścieni Raschiga, solami niklu i wanadu, przy zawartość wanadu wynosiła od 0.5% do 3% wagowych. Z kolei w publikacji Biofuel steam reforming catalyst for fuel cell application (Catalysis Today Volume 254, 1 October 2015, Pages 129-134) opisano ich zastosowanie w ogniwach paliwowych.Vanadium or nickel-vanadium catalysts are known from the scientific literature. The US patent application US3182027A describes a catalyst containing V2O5 dispersed in potassium glass. It is used in the oxidation of polycyclic aromatic hydrocarbons, especially the oxidation of naphtha from toluene to phthalic anhydride. According to the solution described therein, a solution of vanadium pentoxide and molten potassium metabisulfate is used in a molar ratio of K2O:V2O5 between 1:1 and 6:1, preferably about 4:1. The solution is left to cool and harden. Another US patent application US3277017A discloses a solid-supported vanadium catalyst (porous alumina) containing silver phosphate for the oxidation of gaseous organic compounds to dicarboxylic acid, maleic and phthalic anhydrides. According to the cited solution, the share of V2O5 in the catalyst composition was not less than 20% in order to visibly improve the activity. Another American patent application US20130244115A1 presents a method of forming thin layers in the form of a rhombohedral V2O5 film. It also discloses a description of a battery containing the above-mentioned. films as cathode materials. The scientific publication Dehydrogenation of isobutane over V2Os/a-Al2O3 catalyst (React.Kinet.Catal.Lett. Vol. 74, No. 1, 103-110) describes the preparation of a vanadium catalyst by impregnation of a-Al2O3 or SiO2 with a NH4VO3 solution. The same publication also describes the use of this catalyst in the isobutane dehydrogenation reaction. However, in the publication Effect of additives on properties of V2Os/SiO2 and V2Os/MgO catalysts: I. Oxidative dehydrogenation of propane and ethane (Applied Catalysis A: General 309 (2006) 10-16), heterogeneous catalysts containing vanadium (V) oxide are presented. on silica or magnesium oxide obtained by impregnating carriers with a solution containing NH4VO3. It describes a catalyst tested in the oxidative dehydrogenation of ethane and propane. In turn, in the publication Hydrogen production by steam reforming of DME over Ni-based catalysts modified with vanadium (International Journal of Hydrogen Energy, Volume 41, Issue 43, 16 November 2016, Pages 19781-19788) Volume 41, Issue 43, 16 November 2016 , Pages 19781-19788) described the use of a nickel-vanadium catalyst on Al2O3 for steam reforming of dimethyl ether or methanol. The catalyst was obtained by multi-stage impregnation of a corundum support, in the form of Raschig rings, with nickel and vanadium salts, with the vanadium content ranging from 0.5% to 3% by weight. In turn, the publication Biofuel steam reforming catalyst for fuel cell application (Catalysis Today Volume 254, 1 October 2015, Pages 129-134) describes their use in fuel cells.
Problemem technicznym stawianym przed wynalazkiem jest dostarczenie heterogenicznego katalizatora niklowo-wanadowego do procesów waloryzacji dwutlenku węgla, takich jak suchy reforming czy uwodornienie, który byłby odporny na zwęglanie czy dezaktywację termiczną, miałby stałą aktywność podczas całego procesu oraz charakteryzowałby się niewielkim spadkiem aktywności w jego czasie, nie większym niż 3%. W wyniku zwęglania katalizatora spada stopień konwersji substratów, gdyż zatruwane są miejsca aktywne. Katalizatory stosowane w procesach reformingu i waloryzacji dwutlenku węgla ulegają także dezaktywacji termicznej, która prowadzi do tego, że aktywne krystality tworzą większe aglomeraty, które z kolei tworzą jeszcze większe aglomeraty, co powoduje utratę liczby miejsc aktywnych i spadku wydajności konwersji. Katalizator powinien być, zatem również trwały w warunkach prowadzenia procesu, charakteryzowałby się dużą wydajnością konwersji i byłby prosty do otrzymania, bez konieczności stosowania roztworów odczynników szkodliwych dla zdrowia i środowiska. Niespodziewanie powyższe problemy rozwiązał prezentowany wynalazek.The technical problem facing the invention is to provide a heterogeneous nickel-vanadium catalyst for carbon dioxide valorization processes, such as dry reforming or hydrogenation, which would be resistant to carbonization or thermal deactivation, would have constant activity during the entire process and would be characterized by a slight decrease in activity during it, not more than 3%. As a result of carbonization of the catalyst, the conversion rate of the substrates decreases because the active sites are poisoned. Catalysts used in the reforming and valorization processes of carbon dioxide are also subject to thermal deactivation, which leads to the active crystallites forming larger agglomerates, which in turn form even larger agglomerates, resulting in a loss of the number of active sites and a decrease in conversion efficiency. The catalyst should also be stable under the process conditions, have high conversion efficiency and be easy to obtain, without the need to use solutions of reagents harmful to health and the environment. Surprisingly, the above problems were solved by the presented invention.
Pierwszym przedmiotem wynalazku jest katalizator niklowo-wanadowy na nośniku stałym, charakteryzujący się tym, że stosunek wagowy niklu do wanadu w katalizatorze wynosi od 1 do 25, przy czym wanad jest osadzony na nośniku stałym w postaci krystalitów tlenków niklu i/lub krystalitów tlenku wanadu i/lub krystalitów tlenków mieszanych niklu i wanadu, przy czym nośnik został otrzymany z prekursora o strukturze hydrotalcytu.The first subject of the invention is a nickel-vanadium catalyst on a solid support, characterized in that the weight ratio of nickel to vanadium in the catalyst is from 1 to 25, with the vanadium being deposited on the solid support in the form of nickel oxide crystallites and/or vanadium oxide crystallites and /or crystallites of mixed oxides of nickel and vanadium, the support being obtained from a precursor with a hydrotalcite structure.
W korzystnej realizacji wynalazku stosunek wagowy niklu do wanadu wynosi od 1,6 do 25.In a preferred embodiment of the invention, the weight ratio of nickel to vanadium is from 1.6 to 25.
W jeszcze innej korzystnej realizacji wynalazku zawartość wagowa wanadu wynosi od 0.5% do 5%, i zawartość niklu 7% wagowych.In yet another preferred embodiment of the invention, the vanadium content is from 0.5% to 5% by weight, and the nickel content is 7% by weight.
W następnej korzystnej realizacji wynalazku nośnik otrzymany z prekursora o strukturze hydrotalcytu i o ogólnym wzorze ViNimAln(CO3)x(OH)yzH2O zawiera wanad od 0.2% do 0.5% wagowo.In a further preferred embodiment of the invention, the carrier obtained from a precursor with a hydrotalcite structure and the general formula ViNimAln(CO3)x(OH)yzH2O contains vanadium from 0.2% to 0.5% by weight.
W jeszcze następnej korzystnej realizacji wynalazku nośnik postać porowatych kulek, których średnica wynosi od 4 mm do 6 mm, przy czym ich powierzchnia właściwa wynosi BET 120-130 m2/g.In yet another preferred embodiment of the invention, the carrier is in the form of porous balls, the diameter of which is from 4 mm to 6 mm, and their specific surface area is BET 120-130 m 2 /g.
W jeszcze następnej korzystnej realizacji wynalazku objętość porów nośnika wynosi do 0.27 cm3/g do 0.36 cm3/g, przy czym ich rozmiar wynosi od 54 A do 102 A.In yet another preferred embodiment of the invention, the pore volume of the carrier is up to 0.27 cm 3 /g to 0.36 cm 3 /g, and their size is from 54 A to 102 A.
Drugim przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania katalizatora niklowo-wanadowego na nośniku stałym obejmujący:The second subject of the invention is a method for obtaining a nickel-vanadium catalyst on a solid support, including:
a) otrzymanie prekursora katalizatora,a) obtaining a catalyst precursor,
b) impregnowanie prekursora roztworem soli wanadu,b) impregnating the precursor with a vanadium salt solution,
c) suszenia i kalcynacji prekursora impregnowanego, charakteryzujący się tym, że prekursor w etapie a) otrzymuje się w reakcji współstrącania azotanu (V) niklu, wanadanu (V) amonu, glinianu sodu i węglanu sodu, przez kontaktowanie roztworów azotanu (V) niklu, wanadanu (V) amonu, glinianu sodu i węglanu sodu, i współstrącanie prowadzi się w temperaturze 75°C, i pH podczas współstrącania wynosi od 8.2 do 8.5, otrzymaną zawiesinę prekursora się odmywa, suszy, kalcynuje i granuluje, przy czym prekursor zawiera wanad w ilości od 0.2% do 0.5% wagowego, i otrzymany w etapie a) prekursor impregnuje się roztworem wanadanu (V) amonu w etapie b), przy czym stosunek wagowy niklu do wanadu w katalizatorze po impregnacji wynosi od 1 do 25.c) drying and calcining the impregnated precursor, characterized in that the precursor in step a) is obtained in the co-precipitation reaction of nickel nitrate, ammonium vanadate, sodium aluminate and sodium carbonate, by contacting solutions of nickel nitrate, ammonium vanadate, sodium aluminate and sodium carbonate, and the co-precipitation is carried out at a temperature of 75°C, and the pH during the co-precipitation is from 8.2 to 8.5, the obtained precursor suspension is washed, dried, calcined and granulated, the precursor containing vanadium in amounts from 0.2% to 0.5% by weight, and the precursor obtained in step a) is impregnated with a solution of ammonium vanadate (V) in step b), the weight ratio of nickel to vanadium in the catalyst after impregnation being from 1 to 25.
W korzystnej realizacji wynalazku stosunek wagowy niklu do wanadu wynosi od 1,6 do 25.In a preferred embodiment of the invention, the weight ratio of nickel to vanadium is from 1.6 to 25.
W jeszcze innej korzystnej realizacji wynalazku zawartość wagowa wanadu wynosi od 0.5% do 5%, i zawartość niklu 7% wagowych.In yet another preferred embodiment of the invention, the vanadium content is from 0.5% to 5% by weight, and the nickel content is 7% by weight.
W korzystnej realizacji wynalazku stężenie azotanu (V) niklu odpowiada stężeniu niklu wynoszącemu 120 g Ni/dm3.In a preferred embodiment of the invention, the concentration of nickel nitrate corresponds to a nickel concentration of 120 g Ni/dm 3 .
W następnej korzystnej realizacji wynalazku zawiesinę odmywa się tak, by przewodność odcieku nie była wyższa niż 300 μβ.In another preferred embodiment of the invention, the suspension is washed so that the conductivity of the leachate is not higher than 300 μβ.
W jeszcze następnej korzystnej realizacji wynalazku stężenie wanadanu (V) amonu odpowiada stężeniu wanadu wynoszącemu 10 g V/dm3.In yet another preferred embodiment of the invention, the concentration of ammonium vanadate (V) corresponds to a vanadium concentration of 10 g V/dm 3 .
W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku prekursor kalcynuje się w czasie 4h i w temperaturze 450°C.In another preferred embodiment of the invention, the precursor is calcined for 4 hours and at a temperature of 450°C.
W innej korzystnej realizacji wynalazku prekursor zaimpregnowany suszy się w temperaturze 120°C w czasie 12h.In another preferred embodiment of the invention, the impregnated precursor is dried at 120°C for 12 hours.
W jeszcze innej korzystnej realizacji wynalazku prekursor zaimpregnowany kalcynuje się w czasie 3h i w temperaturze 500°C.In yet another preferred embodiment of the invention, the impregnated precursor is calcined for 3 hours and at a temperature of 500°C.
W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku impregnację prowadzi się roztworem wanadanu (V) amonu o stężeniu do 1.93*10'4 mol/dm3 do 9.63*10'5 mol/dm3.In another preferred embodiment of the invention, impregnation is carried out with a solution of ammonium vanadate (V) with a concentration of 1.93*10'4 mol/dm 3 to 9.63*10'5 mol/dm 3 .
Innym przedmiotem wynalazku jest zastosowanie katalizatora niklowo-wanadowego na nośniku stałym w procesach waloryzacji dwutlenku węgla.Another subject of the invention is the use of a nickel-vanadium catalyst on a solid support in carbon dioxide valorization processes.
W korzystnej realizacji wynalazku procesy waloryzacji dwutlenku węgla są wybrane z grupy obejmującej: reakcję suchego reformingu albo reakcję uwodornienia.In a preferred embodiment of the invention, carbon dioxide valorization processes are selected from the group consisting of: dry reforming reaction or hydrogenation reaction.
W następnej korzystnej realizacji wynalazku procesom waloryzacji dwutlenku węgla poddaje się substraty wybrane z grupy obejmującej: węglowodory o długości łańcucha węglowego od 1 do 4 atomów węgla, węglowodory o długości łańcucha węglowego od 1 do 4 atomów węgla zawierające atomy inny niż atom węgla wybrany z grupy obejmującej atomy: O, Cl, S.In another preferred embodiment of the invention, substrates selected from the group consisting of: hydrocarbons with a carbon chain length of 1 to 4 carbon atoms, hydrocarbons with a carbon chain length of 1 to 4 carbon atoms containing atoms other than a carbon atom selected from the group including atoms: O, Cl, S.
W jeszcze następnej korzystnej realizacji wynalazku procesom waloryzacji dwutlenku węgla poddaje się substraty wybrane z grupy obejmującej: etery alifatyczne o długości łańcucha węglowego od 1 do 4 atomów węgla, węglowodory alifatyczne o długości łańcucha węglowego od 1 do 4 atomów węgla.In yet another preferred embodiment of the invention, carbon dioxide valorization processes involve substrates selected from the group consisting of: aliphatic ethers with a carbon chain length of 1 to 4 carbon atoms, aliphatic hydrocarbons with a carbon chain length of 1 to 4 carbon atoms.
Katalizatory niklowo-wanadowe wg wynalazku, zostały otrzymane na drodze dwustopniowej: to jest (1) współstrącania prekursora o dominującej strukturze hydrotalcytu i ogólnym wzorze: ViNimAln(CO3)x(OH)yzH2O o zawartości wanadu zawierającym się w przedziale 0.2-0.5% wynikającym z badań EDX i braku jednorodności próbki i (2) do impregnowania roztworem NH4VO3 tak aby otrzymać co najwyżej 5% wanadu w postaci V2O5. Wykazują one wyższą odporność na formowanie się sadzy. Typowo dla hydrotalcytu wzór stechiometrycznie można zapisać Mg6Al2(OH)i6CO3x4H2O. Natomiast wartość molowego stosunku kationów metali mieści się w zakresie 0.15-0.34. W przypadku rozwiązania wg wynalazku gdy zawartość wanadu wynosi 0.5-5% wzór teoretycznie mógłby wyglądać następująco: ViNimAln(CO3)x(OH)yzH2O, gdzie w rzeczywistości otrzymujemy z syntezy maksymalna zawartość wanadu na poziomie 0.5% warunkowaną wartością molowego stosunku kationów metali dla hydrotalcytu naturalnego. Dlaczego konieczne jest wprowadzenie większej ilości wanadu metoda impregnacji. Natomiast nadal stosunek jonów wanadu i niklu (III) do jonów glinu i niklu (II) zawiera się w przedziale 2-3, co gwarantuje wytworzenie struktury warstwy o strukturze brucytu. W porównaniu z katalizatorami opartymi wyłącznie na niklu wykazują ponad dwukrotnie większą aktywność. Nie zawierają one innych aktywnych centrów metalicznych niż nikiel i wanad w składzie, zatem zarówno one jak i sposób otrzymywania jest prostszy, bardziej ekonomiczny i ogranicza użycie roztworów szkodliwych dla zdrowia i środowiska oraz nie wymaga otrzymywania kompleksów z EDTA podczas syntezy katalizatora. Stwierdzono również, że w wyniku oddziaływań poszczególnych komponentów katalizatora, układy Ni-V stanowią aktywny materiał, odporny na zwęglanie i formowanie się sadzy. Pomimo, że zwęglanie następuje, to jednak jest ono eliminowane natychmiast przez wanad, który jest znany jako bardzo dobry katalizator utleniania. Powstająca sadza zostaje utleniona do CO lub CO2, a wanad, w postaci V2O5 działa jak „magazyn tlenu” (oxygen storage component). W tym cyklu V+5 redukuje się do V+3, a tlen oddawany jest do reakcji utleniania sadzy. Ponadto katalizatory otrzymane wg wynalazku nie zawierają magnezu, a eliminacja Mg wpływa na szybkość reakcji polimeryzacji, to jest tworzenia łańcuchów węglowych i powstawanie koksu.Nickel-vanadium catalysts according to the invention were obtained in a two-stage way: i.e. (1) co-precipitation of a precursor with a dominant hydrotalcite structure and the general formula: ViNimAln(CO3)x(OH)yzH2O with a vanadium content in the range of 0.2-0.5% resulting from EDX tests and lack of sample homogeneity and (2) to impregnate with NH4VO3 solution so as to obtain at most 5% of vanadium in the form of V2O5. They are more resistant to soot formation. Typically for hydrotalcite, the stoichiometric formula can be written as Mg6Al2(OH)i6CO3x4H2O. However, the value of the molar ratio of metal cations is in the range of 0.15-0.34. In the case of the solution according to the invention, when the vanadium content is 0.5-5%, the formula could theoretically look as follows: ViNimAln(CO3)x(OH)yzH2O, where in fact we obtain from the synthesis a maximum vanadium content of 0.5%, conditioned by the value of the molar ratio of metal cations for hydrotalcite natural. Why is it necessary to introduce more vanadium using the impregnation method? However, the ratio of vanadium and nickel (III) ions to aluminum and nickel (II) ions is still in the range of 2-3, which guarantees the formation of a layer structure with a brucite structure. Compared to catalysts based only on nickel, they have more than twice as much activity. They do not contain active metal centers other than nickel and vanadium, so both they and the method of preparation are simpler, more economical and limit the use of solutions harmful to health and the environment, and do not require the preparation of complexes with EDTA during the synthesis of the catalyst. It was also found that, as a result of the interactions of individual catalyst components, Ni-V systems constitute an active material resistant to carbonization and soot formation. Although charring occurs, it is eliminated immediately by vanadium, which is known as a very good oxidation catalyst. The resulting soot is oxidized to CO or CO2, and vanadium, in the form of V2O5, acts as an "oxygen storage component". In this cycle, V +5 is reduced to V +3 , and oxygen is released for the soot oxidation reaction. Moreover, the catalysts obtained according to the invention do not contain magnesium, and the elimination of Mg affects the rate of the polymerization reaction, i.e. the formation of carbon chains and the formation of coke.
Katalizator ten został uzyskany z prekursora hydrotalcytowego, co zapewnia szereg zalet w finalnego katalizatora, szczególnie (i) duża powierzchnie właściwa, co biorąc pod uwagę objętość i rozmiar porów (odpowiednio 0.27-0.36 cm3/g i 54-102 A) zapewnia dużą powierzchnię kontaktu z reagentami, szczególnie w fazie gazowej, (ii) bardzo dużym stopniem dyspersji metali przejściowych w finalnym katalizatorze pochodzenia hydrotalcytowego, dzięki czemu zapewniony jest bardzo dobry kontakt pomiędzy poszczególnymi fazami katalizatora, (iii) wysoką stabilność termiczną katalizatora - prekursor podlega kalcynacji zazwyczaj w temperaturze 773-1023K. Jako dodatkowa zaletę katalizatorów pozy skanych z prekursorów hydrotalcytowych jest skład chemiczny katalizatora głównie w postaci mieszanych tlenków post-kalcynowanych oraz łatwość syntezy, która daje możliwość syntezy materiałów zawierających różne metale przejściowe w stosunkowo szerokim zakresie ich zawartości. Naturalny hydrotalcyt to mieszany warstwowy wodorotlenek magnezowo-glinowy o sumarycznym wzorze: Mg6Al2(OH)i6CO3x4H2O. [Cavani F., Trifiro F., Vaccari A.: Hydrotalcite type anionie clays: preparation, properties and applications. Catalysis Today 1991,11, 2,173]. Tak przedstawiona struktura hydrotalcytu jest w naszym przypadku modelem dla syntetycznych materiałów, złożonych z warstw brucytopodobnych o ogólnym wzorze [Mll1-xMlllx(OH)2]x+Az-x/z-nH2O, gdzie MII i Mm to kationy odpowiednio dwu- i trójwartościowych metali, a A to aniony międzywarstwowe; x to molowy stosunek kationów metali, którego wartość jest z zakresu 0.15-0.34. W naturalnym hydrotalcycie warstwy brucytopodobne składają się z oktaedrycznie skoordynowanych kationów metali MII i Mm przez grupy hydroksylowe, a część kationów Mg2+ jest zastąpiona przez kationy Al3+. Ładunek dodatni warstw brucytopodobnych kompensowany jest przez aniony, które wraz z cząsteczkami wody, znajdują się w przestrzeniach międzywarstwowych. W syntetycznych materiałach hydrotalcytowych pewna część jonów Mg2+ lub/i Al3+ jest podstawiona innymi kationami dwu- lub trójwartościowymi o zbliżonych rozmiarach. I odpowiednio najczęściej w pozycjach MII i μ111 spotyka się odpowiednio kationy: MII - Mg2+, Cu2+, Co2+, Ni2+, Zn2+ i Fe2+, i Mm Al3+, Cr3+, Fe3+. W wyniku kalcynacji materiałów hydrotalcytowych w temperaturze 773-1023 K uzyskuje się mieszane tlenki metali i fazy spinelowe. Jako tlenek rozumie się tlenek zawierający kationy więcej niż jednego pierwiastka lub kationów z jednego elementu w kilku stanach utlenienia [Kooli K., Riverso V., Uliborri M.A.: Preparation and Study of Decavanadate-Pillared Hydrotalcite-like Anionie Clays Containing Transition Metal Cations in the Layers. 1. Samples Containing Nickel-Aluminum Prepared by Anionic Exchange and Reconstruction. Inorganic Chemistry 1995, 34, 21, 5114].This catalyst was obtained from a hydrotalcite precursor, which provides a number of advantages in the final catalyst, especially (i) large specific surface area, which, taking into account the volume and pore size (0.27-0.36 cm 3 /g and 54-102 A, respectively) ensures a large contact surface with reagents, especially in the gas phase, (ii) a very high degree of dispersion of transition metals in the final catalyst of hydrotalcite origin, which ensures very good contact between the individual phases of the catalyst, (iii) high thermal stability of the catalyst - the precursor is calcined usually at a temperature of 773 -1023K. An additional advantage of catalysts obtained from hydrotalcite precursors is the chemical composition of the catalyst, mainly in the form of mixed post-calcined oxides, and the ease of synthesis, which makes it possible to synthesize materials containing various transition metals in a relatively wide range of their content. Natural hydrotalcite is a mixed layered magnesium-aluminum hydroxide with the formula: Mg6Al2(OH)i6CO3x4H2O. [Cavani F., Trifiro F., Vaccari A.: Hydrotalcite type anion clays: preparation, properties and applications. Catalysis Today 1991,11, 2,173]. In our case, the hydrotalcite structure presented in this way is a model for synthetic materials composed of brucite-like layers with the general formula [M ll 1-xM ll x(OH)2] x+ A z- x/z-nH2O, where MII and M m are cations divalent and trivalent metals, respectively, and A are interlayer anions; x is the molar ratio of metal cations, the value of which is in the range 0.15-0.34. In natural hydrotalcite, brucite-like layers consist of octahedrally coordinated metal cations MII and M m through hydroxyl groups, and part of the Mg 2+ cations is replaced by Al 3+ cations. The positive charge of brucite-like layers is compensated by anions, which, together with water molecules, are located in the interlayer spaces. In synthetic hydrotalcite materials, some of the Mg 2+ and/or Al 3+ ions are substituted with other di- or trivalent cations of similar sizes. And the most common cations in the MII and μ 111 positions are: MII - Mg 2+ , Cu 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ and Fe 2+ , and M m Al 3+ , Cr 3+ , Fe 3+ . As a result of calcination of hydrotalcite materials at temperatures of 773-1023 K, mixed metal oxides and spinel phases are obtained. An oxide is understood as an oxide containing cations of more than one element or cations from one element in several oxidation states [Kooli K., Riverso V., Uliborri MA: Preparation and Study of Decavanadate-Pillared Hydrotalcite-like Anion Clays Containing Transition Metal Cations in the Layers. 1. Samples Containing Nickel-Aluminum Prepared by Anionic Exchange and Reconstruction. Inorganic Chemistry 1995, 34, 21, 5114].
W przedstawionym wynalazku w pozycjach MII i MIII obsadzone są odpowiednio kationy: MII Ni2+, V2+ i MIH - Al3+, V3+. W wyniku kalcynacji materiałów hydrotalcytowych w temperaturze 773-1023 K uzyskuje się głównie mieszane tlenki metali, gdyż temperatura kalcynacji jest o ok 773 K niższa niż ta wymagana aby powstała faza spinelowa np. NiAbO4. Tlenki mieszane obserwowane w XRD, wskazują na możliwe fazy: NiO, NiO2, ALO3, V2O5, V2O3. Biorąc pod uwagę warunki kalcynacji możliwe jest też powstanie tlenków V2O3 (JCPDF#85-1411) lub tlenków niestechiometrycznych NixV2Os, lub mieszanych typu Ni-V2O5, gdzie stosunek Ni/V nie przekracza 0.08.In the presented invention, the MII and MIII positions are filled with the following cations, respectively: MII Ni 2+ , V 2+ and M IH - Al 3+ , V 3+ . As a result of calcination of hydrotalcite materials at temperatures of 773-1023 K, mainly mixed metal oxides are obtained, because the calcination temperature is approximately 773 K lower than that required to create a spinel phase, e.g. NiAbO4. Mixed oxides observed in XRD indicate possible phases: NiO, NiO2, ALO3, V2O5, V2O3. Taking into account the calcination conditions, it is also possible to produce V2O3 oxides (JCPDF #85-1411) or non-stoichiometric NixV2Os oxides, or mixed oxides of the Ni-V2O5 type, where the Ni/V ratio does not exceed 0.08.
Opracowane katalizatory charakteryzują się trwałością, stabilnością pracy oraz łatwością wykonania. Katalizatory te mogą pracować jako złoże stałe, pojedyncze, lub pracować jako złoże warstwowe typu 'kanapka', składające się z kilku warstw różnych katalizatorów. W porównaniu do tradycyjnych reakcji tak przygotowane katalizatory wykazują 2-3 razy większą aktywność katalityczną w reakcjach reformingu i uwodornienia, co stanowi, że mogą mieć znaczenie dla reformerów ze złożem stałym do konwersji węglowodorów do syngazu lub bezpośredniego uwodornienia dwutlenku węgla do węglowodorów C1-C3.The developed catalysts are characterized by durability, operational stability and ease of production. These catalysts can operate as a fixed, single bed, or as a sandwich bed, consisting of several layers of different catalysts. Compared to traditional reactions, the catalysts prepared in this way have 2-3 times greater catalytic activity in reforming and hydrogenation reactions, which means that they may be important for fixed-bed reformers for the conversion of hydrocarbons to syngas or direct hydrogenation of carbon dioxide to C1-C3 hydrocarbons.
Przykłady realizacji wynalazku zostaną zobrazowane na rysunku, gdzie na figurach przedstawiono: fig. Zdjęcia z transmisyjnego mikroskopu elektronowego: A) Ni/NiOx-Al2O3, B) Ni-0.5V2O5/VxOyNiOx-AI2O3, C) Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, D) Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3, E) Ni-5V2O5/VxOy-NOx-AI2O3, E) 3V2O5/VxOy-AI2O3; fig. 2 analizę EDX składu katalizatora niklowego Ni/NiOx-AŁO3; fig. 3 analizę EDX składu katalizatora Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3; fig. 4 fig. 3 analiza EDX składu katalizatora Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3 ;fig. 5 analizę EDX składu katalizatora Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AbO3; fig. 6 analizę EDX składu katalizatora Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-AbO3; fig. 7 analizę EDX składu katalizatora 3V2O5/VxOy-Al2O3; fig. 8 charakterystyka XRD katalizatorów: A) 3V2O5/VxOy-AŁO3, B) Ni/NiOx-Al2O3, C) Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, D) Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, E) Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3,Examples of implementation of the invention will be illustrated in the drawing, where the figures show: Fig. Photos from a transmission electron microscope: A) Ni/NiOx-Al2O3, B) Ni-0.5V2O5/VxOyNiOx-AI2O3, C) Ni-1V2O5/VxOy-NiOx- AI2O3, D) Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3, E) Ni-5V2O5/VxOy-NOx-AI2O3, E) 3V2O5/VxOy-AI2O3; Fig. 2 EDX analysis of the composition of the Ni/NiOx-ALO3 nickel catalyst; Fig. 3 EDX analysis of the composition of the Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 catalyst; fig. 4 fig. 3 EDX analysis of the composition of the Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3 catalyst; fig. 5 EDX analysis of the composition of the Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AbO3 catalyst; Fig. 6 EDX analysis of the composition of the Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-AbO3 catalyst; Fig. 7 EDX analysis of the composition of the 3V2O5/VxOy-Al2O3 catalyst; Fig. 8 XRD characteristics of the catalysts: A) 3V2O5/VxOy-AŁO3, B) Ni/NiOx-Al2O3, C) Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, D) Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, E) Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3,
F) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3; Fig. 9 charakterystykę XPS katalizatorów w obszarze Ni2p: a) Ni/NiOxAl2O3, b) Ni-0.5V/VxOy-NiOx-AI2O3, c) Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AbO3, d) Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3, e) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3; fig. 10 charakterystykę XPS katalizatorów w obszarze O1s i V2p a) Ni/NiOx-Al2O3, b) Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, c) Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3, d) Ni-3V2O5/VxOy-NiOxAI2O3, e) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3; fig. 11 zmianę stopnia konwersji w czasie dla A) Ni/NiOx-Al2O3, B) 3V2O5/VxOy-AI2O3, C) Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3, D) Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, E) Ni-3V2O5/VxOyNiOx-AI2O3, F) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-Al203 dla reakcji suchego reformingu w 723 K; fig. 12 zmianę stopnia konwersji w czasie dla A) Ni/NiOx-ALO3, B) 3V2O5/VxOy-AbO3, C) Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, D) Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, E) Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, F) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3 dla reakcji uwodornienia CO2 w temperaturze 573 K, fig. 13 katalizator Ni/NiOx-Al2O3 stanowiący mieszaninę tlen ków niklowo-glinowych z prekursora o dominującej strukturze hydrotalcytu i o ogólnym wzorze prekursora NimAln(CO3)x(OH)yzH2O; fig. 14 zmianę selektywności do metanu z temperatura dla reakcji uwodornienia CO2 na katalizatorze A) Ni/NiOx-Al2O3, B) 3V2O5/VxOy-AbO3, C) Ni^OsMcOy-NiO^AhOe; fig. 15 izotermy BET dla: A) Ni/NiOr-AbOe, B) Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AbO3, C) Ni-1V2O5/VxOy-NiOxAI2O3, D) Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, E) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, F) 3V2O5/VxOy-AI2O3.F) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3; Fig. 9 XPS characteristics of the catalysts in the Ni2p area: a) Ni/NiOxAl2O3, b) Ni-0.5V/VxOy-NiOx-AI2O3, c) Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AbO3, d) Ni-3V2O5/VxOy-NiOx -Al2O3, e) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3; Fig. 10 XPS characteristics of the catalysts in the O1s and V2p area a) Ni/NiOx-Al2O3, b) Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, c) Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3, d) Ni-3V2O5/ VxOy-NiOxAI2O3, e) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3; Fig. 11 change of the conversion rate over time for A) Ni/NiOx-Al2O3, B) 3V2O5/VxOy-AI2O3, C) Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3, D) Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, E) Ni-3V2O5/VxOyNiOx-AI2O3, F) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-Al203 for the dry reforming reaction at 723 K; Fig. 12: change of the conversion rate over time for A) Ni/NiOx-ALO3, B) 3V2O5/VxOy-AbO3, C) Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, D) Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, E) Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, F) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3 for the CO2 hydrogenation reaction at 573 K, Fig. 13 Ni/NiOx-Al2O3 catalyst, which is a mixture of nickel-aluminum oxides from the precursor with a dominant hydrotalcite structure and the general precursor formula Ni m Aln(CO3)x(OH)yzH2O; Fig. 14: change of selectivity to methane with temperature for the CO2 hydrogenation reaction on the catalyst A) Ni/NiOx-Al2O3, B) 3V2O5/VxOy-AbO3, C) Ni^OsMcOy-NiO^AhOe; Fig. 15 of the BET isotherm for: A) Ni/NiOr-AbOe, B) Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AbO3, C) Ni-1V2O5/VxOy-NiOxAI2O3, D) Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, E) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, F) 3V2O5/VxOy-AI2O3.
Przykład 1 Katalizator niklowo-wanadowyExample 1 Nickel-vanadium catalyst
Charakterystyka fizykochemiczna próbek katalizatorów niklowo-wanadowych (Tabela 1) za pomocą XRD ( Figura 4b-4e) ujawniła istnienie dwóch różnych faz dla katalizatorów niklowo wanadowych, to jest: jedna faza odpowiadająca a-AbO3 (JCPDS 42-1468 JCPDS) i śladowych udziałów fazy a-AbO3 (jCpdS 75-0921). Druga faza związana jest z obecnością NiAbO4 (JCPDS 01-1299). Nikiel został zidentyfikowany, jako NiO2 (JCPDS 03-065-6920) oraz NiO2 (JCPDS 98-007-8698). Sygnały pochodzące od niklu metalicznego oraz wanadu nie zostały zidentyfikowane za pomocą XRD, co jest najprawdopodobniej związane z ich raczej małą ilością i/lub sygnały od innych składników katalizatora nałożyły się na sygnały pochodzące od ww. struktur.Physicochemical characterization of nickel-vanadium catalyst samples (Table 1) using XRD (Figure 4b-4e) revealed the existence of two different phases for nickel-vanadium catalysts, i.e.: one phase corresponding to a-AbO3 (JCPDS 42-1468 JCPDS) and traces of the phase a-AbO3 (jCpdS 75-0921). The second phase is associated with the presence of NiAbO4 (JCPDS 01-1299). Nickel was identified as NiO2 (JCPDS 03-065-6920) and NiO2 (JCPDS 98-007-8698). Signals from metallic nickel and vanadium were not identified using XRD, which is most likely due to their rather small amount and/or the signals from other catalyst components overlapped with the signals from the above-mentioned components. structures.
Wyniki pomiarów XPS (Figura 9 i Figura 10) wskazały na obecność wszystkich składników, to jest niklu i wanadu w katalizatorze modyfikowanym. Figura 8 przedstawia dekonwolucję pików dla regionów Ni 2p3/2 oraz V 2p. Analiza wyników pomiarowych XPS wykazała obecność sygnałów dla powierzchniowych miejsc Ni2+ pochodzących od NiO (położenie 855.1-855.6 eV) oraz Ni2+ pochodzących od NiAI2O4 (położenie 856.0-856.9 eV) dla wszystkich katalizatorów niklowo-wanadowych. W przypadku próbek zawierających wanad ilość miejsc powierzchniowych typu tlenek/spinel zmienia się w zależności od składu chemicznego próbki. Dla otrzymanych katalizatorów, bez względu na zawartość wanadu, bardziej wyrazisty jest pik ok. 856.9 eV. W miarę wzrostu stężenia wanadu w próbce pik ten poszerza się i jest przesunięty w kierunku wyższych energii wiązań (BE), o ok. 0.2 eV i bardziej dominującym jest pik pochodzących od NiO.The results of XPS measurements (Figure 9 and Figure 10) indicated the presence of all components, i.e. nickel and vanadium, in the modified catalyst. Figure 8 shows the deconvolution of the peaks for the Ni 2p3/2 and V 2p regions. Analysis of the XPS measurement results showed the presence of signals for surface Ni 2+ sites originating from NiO (position 855.1-855.6 eV) and Ni 2+ originating from NiAl2O4 (position 856.0-856.9 eV) for all nickel-vanadium catalysts. In the case of samples containing vanadium, the number of oxide/spinel surface sites varies depending on the chemical composition of the sample. For the obtained catalysts, regardless of the vanadium content, the peak around 856.9 eV is more pronounced. As the concentration of vanadium in the sample increases, this peak broadens and is shifted towards higher bond energies (BE), by approximately 0.2 eV, and the peak from NiO is more dominant.
Dla katalizatorów zawierających wanad dodatkowy sygnał jest obserwowany ~852.9 eV, który jest najprawdopodobniej związany z obecnością powierzchniowych miejsc NiO. Sygnał ten jest bardziej wyraźny w miarę wzrostu zawartości wanadu w próbce. Efekt ten może być powiązany z interakcją wanad-nikiel i wzrostem redukowalności próbki katalizatora.For catalysts containing vanadium, an additional signal of ~852.9 eV is observed, which is most likely related to the presence of surface NiO sites. This signal becomes more pronounced as the vanadium content in the sample increases. This effect may be related to the vanadium-nickel interaction and the increase in the reducibility of the catalyst sample.
W katalizatorze niklowo-wanadowym, tlenek wanadu znajduje się nie w postaci filmu, ale w postaci rozproszonych nanocząstek lub nanocząstek mieszanych niklowo-wanadowych na powierzchni nośnika tlenkowego. Wynika ze stechiometrii składu katalizatora, co daje średnio 0.5 do 4.9 atomów wanadu na m2 (z pomiarów BET).In a nickel-vanadium catalyst, the vanadium oxide is not in the form of a film, but in the form of dispersed nanoparticles or mixed nickel-vanadium nanoparticles on the surface of the oxide support. It results from the stoichiometry of the catalyst composition, which gives an average of 0.5 to 4.9 vanadium atoms per m 2 (from BET measurements).
Pomiary BET (fig. 15) prowadzono w aparaturze ASAP2020 V4.03(V4.03 H) (adsorpcję i desorpcję azotu zgodnie z procedurą wg. Silica-Alumina iso w temperaturze 77-78K). Wyniki wykazały, że powierzchnia właściwa wynosi BET 120-130 m2/g, a objętość porów i rozmiar wynoszą odpowiednio 0.27-0.36 cm3/g i 54-102 A. Zarówno katalizator niklowy (Ni/NiOx-AbO3) jak i katalizatory niklowo-wanadowe (Ni-xV2O5/VxOy-NiOx-AbO3 x=0-5%) mają postać kulek o średnicy od 4 mm do 6 mm. Dobrze rozwinięta powierzchnie właściwa oraz objętość i rozmiar porów odpowiednio 0.27-0.36 cm3/g i 54-102 A zapewnia dużą powierzchnię kontaktu z reagentami, szczególnie w fazie gazowej, oraz bardzo duży stopnień dyspersji metali przejściowych w finalnym katalizatorze pochodzenia hydrotalcytowego, dzięki czemu zapewniony jest bardzo dobry kontakt pomiędzy poszczególnymi fazami katalizatora.BET measurements (Fig. 15) were carried out in the ASAP2020 V4.03(V4.03 H) apparatus (nitrogen adsorption and desorption according to the procedure according to Silica-Alumina iso at a temperature of 77-78K). The results showed that the specific surface area is BET 120-130 m 2 /g, and the pore volume and size are 0.27-0.36 cm 3 /g and 54-102 A, respectively. Both the nickel catalyst (Ni/NiOx-AbO3) and the nickel- vanadium (Ni-xV2O5/VxOy-NiOx-AbO3 x=0-5%) have the form of balls with a diameter of 4 mm to 6 mm. Well-developed specific surface area and pore volume and size of 0.27-0.36 cm 3 /g and 54-102 A, respectively, ensure a large contact surface with the reactants, especially in the gas phase, and a very high degree of dispersion of transition metals in the final catalyst of hydrotalcite origin, which ensures very good contact between the individual phases of the catalyst.
Drobne krystality widoczne są jedynie na XRD przy stężeniach, powyżej 3% jako faza V2O5. Z pomiarów XPS wynika, ze wanad ma wpływ na stopień utlenienia niklu, tzn. im więcej wanadu tym więcej niklu w formie NiO. Dlatego, na podstawie pomiarów XPS, można wnioskować, że nanocząstki/nanokrystality wanadu muszą znajdować się stosunkowo blisko/w kontakcie z nanocząstkami niklu. Świadczy o tym również fakt, iż aktywność nawet przy niewielkiej ilości wanadu wzrasta i wanad pełni funkcję ochronną dla podtrzymania aktywności niklu przez jak najdłuższy czas. Ponadto badania XPS wykazały, że dla katalizatorów niklowo-wanadowych wanad występuje na +3, +4 oraz +5 stopniu utlenienia. Zatem możliwe sa tlenki V2O3 oraz V2O5 (Fig. 10). W badaniach XRD zidentyfikowano głownie V2O5, ponieważ pasma charakterystyczne dla V2O3, V2O5 oraz pochodzące od tlenków niklu nakładają się w tym samym obszarze 2θ.Fine crystallites are visible only on XRD at concentrations above 3% as the V2O5 phase. XPS measurements show that vanadium affects the oxidation state of nickel, i.e. the more vanadium, the more nickel in the form of NiO. Therefore, based on the XPS measurements, it can be concluded that the vanadium nanoparticles/nanocrystallites must be relatively close to/in contact with the nickel nanoparticles. This is also evidenced by the fact that the activity increases even with a small amount of vanadium and vanadium plays a protective role in maintaining the activity of nickel for as long as possible. Moreover, XPS tests have shown that for nickel-vanadium catalysts, vanadium occurs in +3, +4 and +5 oxidation states. Therefore, V2O3 and V2O5 oxides are possible (Fig. 10). XRD studies identified mainly V2O5, because the bands characteristic of V2O3, V2O5 and those coming from nickel oxides overlap in the same 2θ region.
Zdjęcia TEM (Figura 1A) Ni/NiOx-AbO3, B) Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AbO3, C) Ni-1V2O5/VxOy-NiOxAI2O3, D) Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, E) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-AbO3, F) 3V2O5/VxOy-AI2O3) pokazują istnienie nanocząstek, natomiast trudno odróżnić nanocząstki Ni-NiO-NiO2 oraz tlenku wanadu oraz fazTEM images (Figure 1A) Ni/NiOx-AbO3, B) Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AbO3, C) Ni-1V2O5/VxOy-NiOxAI2O3, D) Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, E) Ni -5V2O5/VxOy-NiOx-AbO3, F) 3V2O5/VxOy-AI2O3) show the existence of nanoparticles, but it is difficult to distinguish nanoparticles of Ni-NiO-NiO2 and vanadium oxide and phases
PL 244205 Β1 tlenków mieszanych. Analiza EDX z danego obszaru pokazuje obecność zarówno niklu jak i wanadu, wiec mamy prawo przypuszczać, ze nanocząstki te pozostają ze sobą, co najmniej w bliskim kontakcie. Zdjęcia transmisyjnego mikroskopu elektronowego) uzyskano używając transmisyjnego mikroskopu elektronowego model Philips CM200 (200 kV) wyposażonego w detektor EDX (z angielskiego Energy Dispersive X-ray), tabela 3. Próbka w formie proszku została naniesiona na siatkę miedzianą pokrytą następnie warstwą węgla. Nie było możliwe dokonanie pomiaru rozmiarów krystalitów V2Os za pomocą powyższych metod ze względu na zbyt małą ich zawartość i zbyt słabe pasma w porównaniu do niklu (pomiary XRD) oraz zbyt mały kontrast (pomiary TEM). Obecność i postać wanadu określono na podstawie pomiarów) XPS.PL 244205 Β1 mixed oxides. EDX analysis from a given area shows the presence of both nickel and vanadium, so we can assume that these nanoparticles are at least in close contact with each other. Transmission electron microscope photos were obtained using a transmission electron microscope model Philips CM200 (200 kV) equipped with an EDX (Energy Dispersive X-ray) detector, table 3. The sample in powder form was placed on a copper mesh covered with a layer of carbon. It was not possible to measure the sizes of V 2 Os crystallites using the above methods due to their content being too small and the bands too weak compared to nickel (XRD measurements) and too low contrast (TEM measurements). The presence and form of vanadium were determined based on XPS measurements.
Tabela 1 Otrzymane katalizatory wg wynalazku oraz katalizatory porównawcze.Table 1 Catalysts obtained according to the invention and comparative catalysts.
Tabela 2 Rozmiary krystalitów katalizatorów niklowo-wanadowych wyznaczone na podstawie pomiarów XRD i TEM.Table 2 Crystallite sizes of nickel-vanadium catalysts determined on the basis of XRD and TEM measurements.
Tabela 3 Zawartość wagowa Wt (w procentach) oraz atomowa A (w procentach) dla poszczególnych pierwiastków oznaczone metodą EDXTable 3 Weight content of Wt (in percent) and atomic A (in percent) for individual elements determined by the EDX method
Przykład 2 Sposób otrzymywania katalizatorów niklowego i niklowo-wanadowych.Example 2 Method of obtaining nickel and nickel-vanadium catalysts.
Odczynniki i materiałyReagents and materials
Uwodniony azotan (V) niklu (II) Ni(NO3)2-6H2O, wodorotlenek sodu (NaOH), glinianu sodu (NaAIO2), węglanu sodu Na2CO3 i wanadan (V) amonu (NH4VO3).Hydrated nickel(II) nitrate Ni(NO3)2-6H2O, sodium hydroxide (NaOH), sodium aluminate (NaAIO2), sodium carbonate Na2CO3 and ammonium vanadate (NH4VO3).
2a) Układ Ni/NiOx-AI2O32a) Ni/NiOx-Al2O3 system
Układ Ni/NiOx-AI2O3, będący mieszaniną zasadowych węglanów niklowo-glinowych o dominującej strukturze hydrotalcytu o ogólnym wzorze: NimAln(CO3)x(OH)yzH2O, otrzymano metodą współstrącenia. Współstrącanie przeprowadzono poprzez równoczesne dozowanie roztworu azotanu niklu o stężeniu 120 g Ni/dm3 oraz alkalicznego roztworu glinianu sodu i węglanu sodu do termostatowanego (75±5°C) reaktora firmy HWS o pojemności 5 dm3 utrzymując pH powstającej zawiesiny w zakresie 8.2-8.5. Otrzymany prekursor odmyto od niepożądanych substancji (przewodność odcieku poniżej 300 μS) przy użyciu jednostki filtracyjnej firmy HWS. Następnie materiał suszono w temperaturze 110°C przez 12 h i kalcynowano w 450°C przez 4 h.The Ni/NiOx-Al2O3 system, which is a mixture of basic nickel-aluminum carbonates with a dominant hydrotalcite structure with the general formula: NimAln(CO3)x(OH)yzH2O, was obtained by co-precipitation. Co-precipitation was carried out by simultaneous dosing of a nickel nitrate solution with a concentration of 120 g Ni/dm 3 and an alkaline solution of sodium aluminate and sodium carbonate into a thermostated (75±5°C) HWS reactor with a capacity of 5 dm 3 , maintaining the pH of the resulting suspension in the range of 8.2-8.5 . The obtained precursor was washed from undesirable substances (leachate conductivity below 300 μS) using a filtration unit from HWS. Then the material was dried at 110°C for 12 h and calcined at 450°C for 4 h.
Po kalcynacji masę granulowano na talerzu granulacyjnym przy użyciu wody zdemineralizowanej w kulki o średnicy 4-6 mm. Układ Ni/NiOx-AbO3, następnie suszono w 120°C przez 12 h i kalcynowano w temperaturze 500°C przez 3 h.After calcination, the mass was granulated on a granulation plate using demineralized water into balls with a diameter of 4-6 mm. The Ni/NiOx-AbO3 system was then dried at 120°C for 12 h and calcined at 500°C for 3 h.
Układ Ni/NiOx-AI2O3 stanowi jednocześnie nośnik katalizatora niklowo-wanadowego oraz może być stosowany jako katalizator w reakcjach waloryzacji dwutlenku węgla. Nośnik ten zawiera w sobie Ni. Po kalcynacji prekursor rozkłada się i tworzą się tlenki mieszane niklowo-glinowe.The Ni/NiOx-Al2O3 system is also a carrier of a nickel-vanadium catalyst and can be used as a catalyst in carbon dioxide valorization reactions. This carrier contains Ni. After calcination, the precursor decomposes and nickel-aluminum mixed oxides are formed.
Układ Ni/NiOx-AI2O3; jako katalizator referencyjny, zawiera 7% wagowych niklu w postaci tlenku mieszanego NiO0x-AbO3. Jest to ogromna przewaga, gdyż wbudowanie niklu w strukturę hydrotalcytu a później otrzymanie z niej struktury tlenku mieszanego zapobiega powstawaniu struktury spinelu niklowo-glinowego, która powoduje spadek aktywności katalitycznej w przypadku katalizatorów otrzymanych metodą impregnacji jak w przypadku rozwiązań opisanych w stanie techniki.Ni/NiOx-Al2O3 system; as a reference catalyst, it contains 7% by weight of nickel in the form of NiO0x-AbO3 mixed oxide. This is a huge advantage because the incorporation of nickel into the hydrotalcite structure and then obtaining a mixed oxide structure from it prevents the formation of a nickel-aluminum spinel structure, which causes a decrease in catalytic activity in the case of catalysts obtained by impregnation as in the case of solutions described in the prior art.
2b) Układ Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O32b) Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3 system
Katalizatory niklowo wanadowe otrzymywano na drodze dwuetapowej. W pierwszej kolejności metodą współstrącenia otrzymano prekursor będący mieszaniną zasadowych węglanów wanadowoniklowo-glinowych o dominującej strukturze hydrotalcytu o ogólnym wzorze: ViNimAln(CO3)x(OH)yzH2O, gdzie ilość wanadu nie przekraczała wartości określonej stosunkiem molowym jonów 0.15-0.34. Współstrącanie przeprowadzono poprzez równoczesne dozowanie roztworu alkalicznego roztworu glinianu sodu i węglanu sodu oraz roztworu azotanu niklu o stężeniu 120 g Ni/dm3 do termostatowanego (75±5°C) reaktora firmy HWS o pojemności 5 dm3 utrzymując pH powstającej zawiesiny w zakresie 8.2-8.5. Równocześnie dodawano roztwór wanadanu (V) amonu o stężeniu 10 g V/dm3. Otrzymany prekursor odmyto od niepożądanych substancji (przewodność odcieku poniżej 300 μS) przy użyciu jednostki filtracyjnej firmy HWS. Następnie materiał suszono w temperaturze 110°C przez 12 h i kalcynowano w 450 C przez 4 h.Nickel-vanadium catalysts were obtained in a two-step process. First, by co-precipitation, a precursor was obtained, which was a mixture of basic vanadium-nickel-aluminum carbonates with a dominant hydrotalcite structure with the general formula: ViNimAln(CO3)x(OH)yzH2O, where the amount of vanadium did not exceed the value determined by the ion molar ratio of 0.15-0.34. Co-precipitation was carried out by simultaneous dosing of an alkaline solution of sodium aluminate and sodium carbonate and a nickel nitrate solution with a concentration of 120 g Ni/dm 3 into a thermostated (75±5°C) HWS reactor with a capacity of 5 dm 3 , maintaining the pH of the resulting suspension in the range of 8.2- 8.5. At the same time, a solution of ammonium vanadate (V) with a concentration of 10 g V/dm 3 was added. The obtained precursor was washed from undesirable substances (leachate conductivity below 300 μS) using a filtration unit from HWS. Then the material was dried at 110°C for 12 h and calcined at 450 C for 4 h.
Po kalcynacji masę granulowano na talerzu granulacyjnym przy użyciu wody zdemineralizowanej w kulki o średnicy 4-6 mm. Układ Ni-0.5V/VxOy-NiOx-Al2O3, następnie suszono w 120°C przez 12 h i kalcynowano w temperaturze 500°C przez 3 h.After calcination, the mass was granulated on a granulation plate using demineralized water into balls with a diameter of 4-6 mm. The Ni-0.5V/VxOy-NiOx-Al2O3 system was then dried at 120°C for 12 h and calcined at 500°C for 3 h.
Uformowane kulki nośnika impregnowano roztworem NH4VO3 o stężeniu odpowiednio 1.93*10-4 mol/dm3, aby w finalnym katalizatorze otrzymać 0.5% wag. wanadu. Następnie suszono go w temperaturze 120°C przez 12 h i kalcynowano w temperaturze 500°C przez 3 h.The formed carrier balls were impregnated with a NH4VO3 solution with a concentration of 1.93*10-4 mol/dm 3 , respectively, to obtain 0.5% by weight in the final catalyst. vanadium. Then it was dried at 120°C for 12 h and calcined at 500°C for 3 h.
2c) Układ Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AI2O32c) Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3 system
Układ Ni-1V/NiOx-AI2O3 otrzymywano podobnie jak w z prekursora jak w punkcie 2b), który następnie impregnowano roztworem NH4VO3 o stężeniu odpowiednio 6.10*10-4 mol/dm3, aby w finalnym katalizatorze otrzymać 1% wag. wanadu. Suszono go w temperaturze 120°C przez 12 h i kalcynowano w temperaturze 500°C przez 3 h.The Ni-1V/NiOx-Al2O3 system was obtained similarly to the precursor as in point 2b), which was then impregnated with a NH4VO3 solution with a concentration of 6.10*10-4 mol/dm 3 , respectively, to obtain 1% by weight in the final catalyst. vanadium. It was dried at 120°C for 12 h and calcined at 500°C for 3 h.
2d) Układ Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O32d) Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3 system
Układ Ni-3V/VxOy-NiOx-AI2O3 otrzymywano podobnie jak w z prekursora jak w punkcie 2b), który następnie impregnowano roztworem NH4VO3 o stężeniu odpowiednio 9.63*10-4 mol/, aby w finalnym katalizatorze otrzymać 3% wag. wanadu. Suszono go w temperaturze 120°C przez 12 h i kalcynowano w temperaturze 500°C przez 3 h.The Ni-3V/VxOy-NiOx-Al2O3 system was obtained similarly to the one from the precursor as in point 2b), which was then impregnated with a NH4VO3 solution with a concentration of 9.63*10-4 mol/, respectively, to obtain 3% by weight in the final catalyst. vanadium. It was dried at 120°C for 12 h and calcined at 500°C for 3 h.
2e) Układ Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O32e) Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 system
Układ Ni-5V/NiOx-Al2O3 otrzymywano podobnie jak w z prekursora jak w punkcie 2b), który następnie impregnowano roztworem NHWO3 o stężeniu odpowiednio 9.63*10-5 mol/dm3mol/, aby w finalnym katalizatorze otrzymać 5% wag. wanadu. Suszono go w temperaturze 120°C przez 12 h i kalcynowano w temperaturze 500°C przez 3 h.The Ni-5V/NiOx-Al2O3 system was obtained similarly to the precursor as in point 2b), which was then impregnated with a NHWO3 solution with a concentration of 9.63*10 -5 mol/dm 3 mol/, respectively, to obtain 5% by weight in the final catalyst. vanadium. It was dried at 120°C for 12 h and calcined at 500°C for 3 h.
Charakterystyka fizykochemiczna próbek katalizatorów za pomocą XRD ( Fig. 8, linie A-F) ujawniła istnienie dwóch różnych faz stałych dla katalizatorów niklowych (Fig. 8 linia B), nie zawierających wanadu oraz stanowiących katalizatory odniesienia względem katalizatora niklowo-wanadowego, to jest: jedna faza odpowiadająca a-AbO3 (JCPDS 42-1468 JCPDS) i śladowe ilości fazy y-AbO3 (JCPDS 75-0921). Druga faza związana jest z obecnością NiAbO4 (JCPDS 01-1299). Nikiel został zidentyfikowany, jako NiO (JCPDS 03-065-6920) oraz NiO2 (JCPDS 98-007-8698). Sygnały pochodzące od niklu metalicznego oraz wanadu nie zostały zidentyfikowane za pomocą XRD, co jest najprawdopodobniej związane z ich raczej małą ilością i/lub sygnały od innych składników katalizatora nałożyły się na sygnały pochodzące od ww. struktur.Physicochemical characterization of catalyst samples using XRD (Fig. 8, lines A-F) revealed the existence of two different solid phases for nickel catalysts (Fig. 8, line B), containing no vanadium and constituting reference catalysts in relation to the nickel-vanadium catalyst, i.e.: one phase corresponding to a-AbO3 (JCPDS 42-1468 JCPDS) and trace amounts of the y-AbO3 phase (JCPDS 75-0921). The second phase is associated with the presence of NiAbO4 (JCPDS 01-1299). Nickel was identified as NiO (JCPDS 03-065-6920) and NiO2 (JCPDS 98-007-8698). Signals from metallic nickel and vanadium were not identified using XRD, which is most likely due to their rather small amount and/or the signals from other catalyst components overlapped with the signals from the above-mentioned components. structures.
O częściowym tworzeniu się tlenków mieszanych lub ich krystalitów pozostających ze sobą w bardzo ścisłym kontakcie można wnioskować na podstawie przesunięć chemicznych z pomiarów XPS, z tego że są widoczne inne profile spektralne podczas wprowadzania coraz większych ilości wanadu. Świadczy to o tym, ze obecność wanadu wpływa na nikiel i proporcja pików 856,9 /855.2 maleje wraz ze wzrostem ilości wanadu (pik z maksimum 855.2 rośnie w miarę wzrostu ilości wanadu, fig. 9).The partial formation of mixed oxides or their crystallites in very close contact with each other can be concluded based on chemical shifts from XPS measurements, since different spectral profiles are visible when increasing amounts of vanadium are introduced. This proves that the presence of vanadium affects nickel and the proportion of peaks 856.9 / 855.2 decreases with the increase in the amount of vanadium (the peak with a maximum of 855.2 increases with the increase in the amount of vanadium, Fig. 9).
Wyniki pomiarów XPS wskazały na obecność wszystkich składników, to jest niklu i wanadu w katalizatorze modyfikowanym. Figura 2 przedstawia dekonwolucję pików dla regionu Ni2p3/2. Analiza wyników pomiarowych XPS wykazała obecność sygnałów dla powierzchniowych miejsc Ni2+ pochodzących od NiO (położenie 855.1-855.6 eV) oraz Ni2+ pochodzących od NiAbO4 (położenie 856.0-856.9 eV). Dekonwolucja piku dla regionu V 2p oraz O1s zgodnie z figurą 10, wskazała na obecność sygnałów dla powierzchniowych miejsc V3+, V4+ i V5+ pochodzących od V2O3 (położenie 515.1-516.6 eV) i V2O5 (położenie 516.3-517.5 eV), fig. 10.The results of XPS measurements indicated the presence of all components, i.e. nickel and vanadium, in the modified catalyst. Figure 2 shows the peak deconvolution for the Ni2p3/2 region. Analysis of the XPS measurement results showed the presence of signals for surface Ni 2+ sites originating from NiO (position 855.1-855.6 eV) and Ni 2+ originating from NiAbO4 (position 856.0-856.9 eV). Deconvolution of the peak for the V 2p and O 1s region according to Figure 10 indicated the presence of signals for the surface V 3+ , V 4+ and V 5+ sites originating from V2O3 (position 515.1-516.6 eV) and V2O5 (position 516.3-517.5 eV) , Fig. 10.
Przykład 3 Sposób otrzymywania katalizatora wanadowo-glinowego (układ 3V2O/VxOyAI2O3 przykład porównawczy).Example 3 Method of obtaining a vanadium-aluminum catalyst (3V2O/VxOyAl2O3 system, comparative example).
Odczynniki i materiałyReagents and materials
Wodorotlenek sodu (NaOH), glinianu sodu (NaAIO2) i węglanu sodu Na2CO3, wanadan (V) amonu NH4VO3.Sodium hydroxide (NaOH), sodium aluminate (NaAIO2) and sodium carbonate Na2CO3, ammonium vanadate NH4VO3.
W pierwszej kolejności metodą współstrącenia otrzymano prekursor będący mieszaniną zasadowych węglanów wanadowo-glinowych o dominującej strukturze hydrotalcytu o ogólnym wzorze: VmAln(CO3)x(OH)yzH2O, gdzie ilość wanadu nie przekraczała wartości określonej stosunkiem molowym jonów 0.15-0.34. Współstrącanie przeprowadzono poprzez równoczesne dozowanie roztworu alkalicznego roztworu glinianu sodu i węglanu sodu do termostatowanego (75±5°C) reaktora firmy HWS o pojemności 5 dm3 utrzymując pH powstającej zawiesiny w zakresie 8.2-8.5. Otrzymany prekursor odmyto od niepożądanych substancji (przewodność odcieku poniżej 300 μS) przy użyciu jednostki filtracyjnej firmy HWS. Następnie materiał suszono w temperaturze 110°C przez 12 h i kalcynowano w 450°C przez 4 h. Po kalcynacji masę granulowano na talerzu granulacyjnym przy użyciu wody zdemineralizowanej w kulki o średnicy 4-6 mm. Uformowane kulki impregnowano roztworem NH4VO3 o stężeniu 6*10-4 mol V/dm3 dobranym tak, aby w finalnym katalizatorze otrzymać 3% wag. wanadu. Układy V2O5/VxOy-Al2O3 następnie suszono w 120°C przez 12 h i kalcynowano w temperaturze 500°C przez 3 h.First, by co-precipitation, a precursor was obtained which was a mixture of basic vanadium-aluminum carbonates with a dominant hydrotalcite structure with the general formula: VmAln(CO3)x(OH)yzH2O, where the amount of vanadium did not exceed the value determined by the ion molar ratio of 0.15-0.34. Co-precipitation was carried out by simultaneous dosing of an alkaline solution of sodium aluminate and sodium carbonate into a thermostated (75±5°C) HWS reactor with a capacity of 5 dm 3 , maintaining the pH of the resulting suspension in the range of 8.2-8.5. The obtained precursor was washed from undesirable substances (leachate conductivity below 300 μS) using a filtration unit from HWS. Then the material was dried at 110°C for 12 h and calcined at 450°C for 4 h. After calcination, the mass was granulated on a granulation plate using demineralized water into balls with a diameter of 4-6 mm. The formed balls were impregnated with a NH4VO3 solution with a concentration of 6*10 -4 mol V/dm 3 selected so as to obtain 3% by weight in the final catalyst. vanadium. The V2O5/VxOy-Al2O3 systems were then dried at 120°C for 12 h and calcined at 500°C for 3 h.
Przykład 4 Zastosowanie katalizatora niklowo-wanadowego (Ni-zV2O5/VxOy-NiOx-Al2O3, gdzie zawartość wanadu z=0-5% wagowo) w procesach waloryzacji dwutlenku węglaExample 4 Use of a nickel-vanadium catalyst (Ni-zV2O5/VxOy-NiOx-Al2O3, where vanadium content = 0-5% by weight) in carbon dioxide valorization processes
Przeprowadzono badanie aktywności i selektywności katalitycznej dla procesu reformingu CO2 oraz uwodornienia CO2 dla katalizatorów niklowo-wanadowych wg wynalazku przedstawionych w Tabeli 1.A study of catalytic activity and selectivity for the CO2 reforming and CO2 hydrogenation processes was carried out for nickel-vanadium catalysts according to the invention, presented in Table 1.
Aby określić optymalne warunki dla katalitycznego procesu reformingu badano wpływ temperatury reakcji (25-500°C) oraz uwzględniono stosunek reagentów równy 1 dla gazów wlotowych (reakcja reformingu) oraz 10-30% stężenie wodoru dla procesu uwodornienia.To determine the optimal conditions for the catalytic reforming process, the influence of the reaction temperature (25-500°C) was examined and a reactant ratio of 1 for the inlet gases (reforming reaction) and 10-30% hydrogen concentration for the hydrogenation process were taken into account.
Katalizatory wg wynalazku znajdują zastosowanie w reakcjach waloryzacji substratów, które mogą stanowić węglowodory alifatyczne, alkohole alifatyczne, etery alifatyczne czy kwasy alifatyczne. Również możliwe jest stosowanie do substratów zawierających heteroatomy takie jak chlor czy siarka. Zwłaszcza korzystne jest ich stosowanie w reakcjach gdzie reagentami są etery alifatyczne o długości łańcucha od 1 do 4 atomów węgla czy węglowodory alifatyczne o długości łańcucha od 1 do 4 atomów węgla. Katalizatory wg wynalazku znajdują zastosowanie do substratów o łańcuchu prostym jak i rozgałęzionym. Nie wyklucza to jednak stosowania do reagentów jak np. kwasy alifatyczne zawierające od 1 do 4 atomów węgla, typu kwas octowy czy kwas mrówkowy, czy alkohole alifatyczne o długości łańcucha od 1 do 4 atomów węgla.Catalysts according to the invention are used in valorization reactions of substrates, which may be aliphatic hydrocarbons, aliphatic alcohols, aliphatic ethers or aliphatic acids. It is also possible to use it on substrates containing heteroatoms such as chlorine or sulfur. It is particularly advantageous to use them in reactions where the reagents are aliphatic ethers with a chain length of 1 to 4 carbon atoms or aliphatic hydrocarbons with a chain length of 1 to 4 carbon atoms. The catalysts according to the invention are used for both straight- and branched-chain substrates. However, this does not exclude the use of reagents such as aliphatic acids containing from 1 to 4 carbon atoms, such as acetic acid or formic acid, or aliphatic alcohols with a chain length of 1 to 4 carbon atoms.
a) w reakcji reformingu, na przykładzie reakcji suchego reformingu eteru dimetylowego (DME)a) in the reforming reaction, based on the example of the dry reforming reaction of dimethyl ether (DME)
Jak podaje Antoninho Valentini i inni (Applied Catalysis A: General 255 (2003) 211-220) wyniki uzyskane dla podobnych układów zsyntetyzowanych z użyciem odczynników organicznych takich jak glikol etylenowy, etanol, kwas cytrynowy, wykazały, że ilość osadzonej sadzy (Coke deposition gc/gcat) nie zależała od ilości wprowadzonego wanadu (0.8-3.7) dla katalizatorów zawierających 10% Ni (wt) i wyraźnie wzrosła (o 6000%) dla układu najbardziej stabilnego, to jest 22 Ni oraz 8.5 V wt%, wg cytowanej powyżej publikacji.According to Antoninho Valentini et al. (Applied Catalysis A: General 255 (2003) 211-220), the results obtained for similar systems synthesized using organic reagents such as ethylene glycol, ethanol, citric acid, showed that the amount of soot deposited (Coke deposition gc /gcat) did not depend on the amount of vanadium introduced (0.8-3.7) for catalysts containing 10% Ni (wt%) and increased significantly (by 6000%) for the most stable system, i.e. 22 Ni and 8.5 V wt%, according to the publication cited above .
Otrzymany wg wynalazku katalizator Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 wykazywał: ilość zgromadzonej sadzy na poziomie 0.003-0.005 gc/gcat (gram węgla na gram katalizatora) i stabilną aktywność na poziomie 75% dla całego trwania testu, to jest minimum 27 godzin. W tym czasie stosunek H2/CO wynosił 0.93 dla reakcji opisanej równaniem CH3-O-CH3+CO2=3CO+3H2. W całym czasie trwania eksperymentu reakcja na katalizatorze niklowo-wanadowym przebiega wręcz stechiometrycznie. Dla warunków idealnych, biorąc pod uwagę reakcje konwersji tlenku węgla z parą wodną, konwersja CO (Reverse Water Gas Shift reaction RWGS) stosunek powstałych produktów H2/CO powinien wynosić 1 wg równania CH4+CO2= 2CO+2H2.The Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 catalyst obtained according to the invention showed: the amount of accumulated soot at the level of 0.003-0.005 gc/gcat (gram of carbon per gram of catalyst) and a stable activity of 75% for the entire duration of the test, i.e. a minimum of 27 hours . At this time, the H2/CO ratio was 0.93 for the reaction described by the equation CH3-O-CH3+CO2=3CO+3H2. Throughout the entire experiment, the reaction on the nickel-vanadium catalyst proceeds almost stoichiometrically. For ideal conditions, taking into account the conversion reactions of carbon monoxide with water vapor, CO conversion (Reverse Water Gas Shift reaction RWGS), the ratio of the resulting H2/CO products should be 1 according to the equation CH4 + CO2 = 2CO + 2H2.
Badanie suchego reformingu przeprowadzono w różnych temperaturach, od 25 do 500°C, w kwarcowym reaktorze rurowym (średnica zewnętrzna = 10 mm). 50 mg próbki załadowano do reaktora i poddano przepływowi He podczas ogrzewania do 500°C. Następnie reaktory ochłodzono i do reaktora wprowadzono eter dimetylowy. Następnie reaktor ogrzano do 500°C z narostem temperaturowym 10°C min-1. Mieszaniny gazów przygotowano z gazów w butlach i kontrolowano za pomocą kontrolerów przepływu masy (Bronkhorst). Reakcje suchego reformingu prowadzono dla mieszaniny gazowej DME/CO2 o stosunku (3-1):1, korzystnie 1:1. Spektrometr mas Hiden QGA (MS) zastosowano do kontroli dystrybucji produktu na wylocie reaktora. Całkowite natężenie przepływu gazu wynosiło 50-100 ml min-1 (GHSV = 2,1-4,5 103 h-1, przy 1 atm i 293 K). Reakcje temperaturowo programowane (i) desorpcja (TPD, w He), (ii) utlenianie (TPO, w 5% O2 w He) oraz (iii) redukcja (TPR, w 5% H2 w He) przeprowadzono w celu 1) wyznaczenia redukowalności katalizatora oraz 2) obliczenia bilansu węglowego, który dla katalizatora niklowego Ni/NiO-AbO3 wynosił 5% a dla katalizatorów niklowo-wanadowych poniżej 3%, odpowiednio Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 2.7%, Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 2.6%, Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3 2.1% Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 2,1%. Badania temperaturowo programowanej redukcji wykazały, że dodatek wanadu powoduje przesunięcie utleniania niklu w kierunku wyższych temperatur o ok 30°C, w porównaniu do katalizatora bez wanadu.The dry reforming test was carried out at various temperatures, from 25 to 500°C, in a quartz tubular reactor (outer diameter = 10 mm). 50 mg of sample was loaded into the reactor and subjected to He flow while heating to 500°C. The reactors were then cooled and dimethyl ether was introduced into the reactor. Then the reactor was heated to 500°C with a temperature increase of 10°C min -1 . Gas mixtures were prepared from gases in cylinders and controlled using mass flow controllers (Bronkhorst). Dry reforming reactions were carried out for a DME/CO2 gas mixture with a ratio of (3-1:1, preferably 1:1). A Hiden QGA mass spectrometer (MS) was used to control the product distribution at the reactor outlet. The total gas flow rate was 50-100 ml min -1 (GHSV = 2.1-4.5 10 3 h -1 , at 1 atm and 293 K). Temperature-programmed reactions (i) desorption (TPD, in He), (ii) oxidation (TPO, in 5% O2 in He) and (iii) reduction (TPR, in 5% H2 in He) were performed to 1) determine the reducibility catalyst and 2) calculation of the carbon balance, which was 5% for the Ni/NiO-AbO3 nickel catalyst and below 3% for the nickel-vanadium catalysts, respectively Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 2.7%, Ni-1V2O5/VxOy- NiOx-Al2O3 2.6%, Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3 2.1% Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 2.1%. Temperature-programmed reduction tests showed that the addition of vanadium shifts nickel oxidation towards higher temperatures by approximately 30°C, compared to the catalyst without vanadium.
b) w reakcji uwodornienia CO2b) in the CO2 hydrogenation reaction
W naszym przypadku opracowany katalizator Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 wykazuje aktywność na poziomie 96% w temperaturze 280°C. W tej temperaturze dla katalizatorów opartych o metale szlachetne uzyskiwano konwersje dwutlenku węgla na poziomie 20%. Katalizatory o mniejszej zawartości wanadu wykazują stabilna jednak niższa o około 5-15% aktywność w porównaniu z układem katalitycznym zawierającym 3% wg. wanadu (fig. 12). Wyższa zawartość wanadu nie poprawia znacząco aktywności lub selektywności katalizatora.In our case, the developed Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 catalyst shows an activity of 96% at a temperature of 280°C. At this temperature, carbon dioxide conversions of 20% were achieved for catalysts based on noble metals. Catalysts with a lower content of vanadium show stable, but lower activity by approximately 5-15% compared to the catalytic system containing 3% by. vanadium (Figure 12). A higher vanadium content does not significantly improve the activity or selectivity of the catalyst.
Jest to obszar termodynamiczny reakcji, zatem wydajność do metanu i selektywność jest 98%.This is the thermodynamic region of the reaction, so the yield to methane and selectivity is 98%.
Badanie uwodornienia przeprowadzono w zakresie temperatur od 25°C do 500°C, w kwarcowym reaktorze rurowym (średnica zewnętrzna = 10 mm). 50 mg próbki katalizatora Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 załadowano do reaktora i poddano przepływowi He podczas ogrzewania do 500°C. Następnie reaktor ogrzano do 500°C z narostem temperaturowym 10°Cmin-1. Mieszaniny gazów przygotowano z gazów w butlach i kontrolowano za pomocą kontrolerów przepływu masy (Bronkhorst). Uwodornienie prowadzono dla mieszaniny gazowej H2/CO2 o stosunku (30-15):1, korzystnie 30:1. Spektrometr mas Hiden QGA (MS) zastosowano do kontroli dystrybucji produktu na wylocie reaktora. Całkowite natężenie przepływu gazu wynosiło 50-100 ml min-1 (GHSV = 2,1-4,5 103O-AbO3, Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, Ni-5VO5/VOy-NiOx-AI2O3 a wyniki zmiany konwersji w czasie przedstawiono na fig. 12. Reakcje temperaturowo programowanego utleniania (TPO, w 5% O2 w He) przeprowadzono dla próbek katalizatorów po reakcji w celu obliczenia bilansu węglowego, który dla katalizatora niklowego wynosił 5% a dla katalizatorów niklowo-wanadowych poniżej 2%, tj. odpowiednio Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 1,9%; Ni-1V2O5/VxOy- NiOx-Al2O3 1,7%, Ni-3V2O5/VxOyNiOx-Al2O3l,4% Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3 1,3%.The hydrogenation test was carried out in the temperature range from 25°C to 500°C in a quartz tubular reactor (outer diameter = 10 mm). 50 mg of the Ni-3V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 catalyst sample was loaded into the reactor and subjected to He flow while heating to 500°C. Then the reactor was heated to 500°C with a temperature increase of 10°Cmin -1 . Gas mixtures were prepared from gases in cylinders and controlled using mass flow controllers (Bronkhorst). Hydrogenation was carried out for a H2/CO2 gas mixture with a ratio of (30-15:1, preferably 30:1). A Hiden QGA mass spectrometer (MS) was used to control the product distribution at the reactor outlet. The total gas flow rate was 50-100 ml min- 1 (GHSV = 2.1-4.5 10 3 O-AbO3, Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, Ni -3V2O5/VxOy-NiOx-AI2O3, Ni-5VO5/VOy-NiOx-AI2O3 and the results of the conversion change over time are shown in Fig. 12. Temperature-programmed oxidation reactions (TPO, in 5% O2 in He) were carried out for the catalyst samples after the reaction in order to calculate the carbon balance, which was 5% for the nickel catalyst and below 2% for the nickel-vanadium catalysts, i.e. Ni-0.5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 1.9%; Ni-1V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3, respectively 1.7%, Ni-3V2O5/VxOyNiOx-Al2O3l,4% Ni-5V2O5/VxOy-NiOx-Al2O3 1.3%.
Opracowane katalizatory charakteryzują się trwałością, stabilnością pracy oraz łatwością wykonania. Katalizatory te mogą pracować jako złoże stałe, pojedyncze, lub pracować jako złoże warstwowe typu 'kanapka', składające się z kilku warstw różnych katalizatorów. Złoże tego typu można stosować w reformerach, przeznaczonych do reformingu również biopaliw drugiej generacji tzn. alkoholi, eterów (uzyskiwane przez dehydratacje alkoholi, lecz posiadających zanieczyszczenie np. chlor lub siarkę, która należałoby najpierw utlenić. Wówczas pierwsza warstwa katalityczna takiego kanapkowego układu stanowiłaby warstwę najbogatszą w wanad, natomiast kolejne odpowiednio mniej wanadu. Do reformingu bardziej wymagających węglowodorów, gdzie energia aktywacji wiązania C-H jest wysoka np. metan, pierwsza warstwę mógłby stanowić układ zawierający metal szlachetny, natomiast pozostałe warstwy odpowiednio przez nas układy niklowo-wanadowe wg wynalazku, co obniżyłoby znacznie koszt reformera.The developed catalysts are characterized by durability, operational stability and ease of production. These catalysts can operate as a fixed, single bed, or as a sandwich bed, consisting of several layers of different catalysts. This type of bed can be used in reformers intended for reforming also second-generation biofuels, i.e. alcohols, ethers (obtained by dehydration of alcohols, but containing impurities, e.g. chlorine or sulfur, which would need to be oxidized first. Then the first catalytic layer of such a sandwich system would be the richest layer in vanadium, while the subsequent ones have correspondingly less vanadium. For the reforming of more demanding hydrocarbons, where the activation energy of the C-H bond is high, e.g. methane, the first layer could be a system containing a noble metal, while the remaining layers could be made of nickel-vanadium systems according to the invention, which would reduce significantly the cost of the reformer.
W porównaniu do tradycyjnych reakcji katalizatory otrzymane wg wynalazku wykazują 2-3 razy większą aktywność katalityczną w reakcji reformingu i uwodornienia (Fig. 11 oraz 12), co stanowi że mogą mieć znaczenie dla reformerów ze złożem stałym do konwersji węglowodorów do syngazu lub bezpośredniego uwodornienia dwutlenku węgla do węglowodorów C1-C4. Stwierdzono również, że w wyniku oddziaływań poszczególnych komponentów katalizatora, układy Ni-V stanowią aktywny materiał, odporny na zwęglanie i formowanie się sadzy, o czym świadczy stabilna aktywność w czasie prowadzenia reakcji uwodornienia (Fig. 12) oraz suchego reformingu (Fig. 11), gdzie spadek aktywności w czasie 27 h jest na poziomie 1-1.7%.Compared to traditional reactions, the catalysts obtained according to the invention show 2-3 times greater catalytic activity in the reforming and hydrogenation reaction (Fig. 11 and 12), which means that they may be important for fixed-bed reformers for the conversion of hydrocarbons to syngas or direct hydrogenation of dioxide carbon to C1-C4 hydrocarbons. It was also found that, as a result of the interactions of individual catalyst components, Ni-V systems constitute an active material, resistant to carbonization and soot formation, as evidenced by stable activity during hydrogenation reactions (Fig. 12) and dry reforming (Fig. 11). , where the decline in activity over 27 hours is 1-1.7%.
Katalizatory, uzyskane na drodze współstrącania wg wynalazku, wykazują, niewielki spadek aktywności w pierwszych 5 godzinach testu o ok. 3% i stabilna aktywność w całym okresie prowadzenia testów powyżej 25 h. Wartość spadku poniżej ok. 3% jest charakterystyczna dla katalizatorów niklowo-wanadowych zastosowanych do obu procesów, to jest procesu uwodornienia (Fig. 12), oraz suchego reformingu (Fig. 11), gdzie stabilna konwersja jest obserwowana w czasie ponad 27 h. Na tych samych figurach można obserwować bardzo podobny przebieg krzywych dla katalizatorów o zawartości wanadu 0.5% i 1%.Catalysts obtained by co-precipitation according to the invention show a slight decrease in activity in the first 5 hours of the test by approximately 3% and stable activity throughout the entire test period of more than 25 hours. A decrease below approximately 3% is typical for nickel-vanadium catalysts. applied to both processes, i.e. the hydrogenation process (Fig. 12) and dry reforming (Fig. 11), where stable conversion is observed for over 27 h. In the same figures, a very similar course of the curves can be observed for catalysts containing vanadium 0.5% and 1%.
Przykład 5 Zastosowanie katalizatora niklowo-glinowego (Ni/NiOx-AI2O3) i w procesach waloryzacji dwutlenku węgla (przykład porównawczy)Example 5 Use of a nickel-aluminum catalyst (Ni/NiOx-Al2O3) and in carbon dioxide valorization processes (comparative example)
Przeprowadzono badanie aktywności i selektywności katalitycznej dla procesu reformingu CO2 oraz uwodornienia CO2 dla katalizatorów niklowych, tj. nie zawierających wanadu. Aby określić optymalne warunki dla katalitycznego procesu reformingu badano wpływ temperatury reakcji (25-500°C) oraz uwzględniono stosunek reagentów równy 1 dla gazów wlotowych (reakcja reformingu) oraz 10-30% stężenie wodoru dla procesu uwodornienia.A study of catalytic activity and selectivity was carried out for the CO2 reforming and CO2 hydrogenation processes for nickel catalysts, i.e. those containing no vanadium. To determine the optimal conditions for the catalytic reforming process, the influence of the reaction temperature (25-500°C) was examined and a reactant ratio of 1 for the inlet gases (reforming reaction) and 10-30% hydrogen concentration for the hydrogenation process were taken into account.
Z literatury wiadomo, iż zawęglanie na katalizatorach niklowych powoduje oddzielenie się niklu od masy katalizatora i taki klaster/nanocząstka niklu przestaje być aktywna (np. Garcia-Dieguez, M. Improved Pt-Ni nanocatalysts for dry reforming of methane, Applied Catalysis A: General Volume 377, Issue 1-2, 2010, Pages 191-199; Garcia-Dieguez, M. Nanostructured Pt-and Ni-based catalysts for CO2 - reforming of methane, Journal of Catalysis Volume 270, Issue 1, 2010, Pages 136-145). W naszym układzie również taka dezaktywacja jest widoczna dla próbki katalizatora Ni/NiOx-Al2O3 (Fig. 11, linia A). Na początku reakcji aktywność mierzona stopniem konwersji wynosi ponad 60%, jednakże już w pierwszych 5 godzinach spada o ponad 20% i po 25 godzinach trwania reakcji jest ona o 50% niższa niż dla katalizatora Ni-3V/VxOy-NiOx-AbO3. Nawet niewielki dodatek wanadu w ilości 0.5% powoduje, ze aktywność ta jest stabilna w całym okresie reakcji i po 25 godzinach konwersja nadal jest mierzona na poziomie 60% (Fig. 11, linia C). Wzrost ilości wanadu w próbce o 3 do 5% (linie E i F, fig. 11) korzystnie wpływa na stopień konwersji i powoduje jego wzrost o 40-50% w stosunku do próbki Ni/NiOx-Al2O3It is known from the literature that carbonization on nickel catalysts causes the separation of nickel from the catalyst mass and such a nickel cluster/nanoparticle ceases to be active (e.g. Garcia-Dieguez, M. Improved Pt-Ni nanocatalysts for dry reforming of methane, Applied Catalysis A: General Volume 377, Issue 1-2, 2010, Pages 191-199;Garcia-Dieguez, M. Nanostructured Pt-and Ni-based catalysts for CO2 - reforming of methane, Journal of Catalysis Volume 270, Issue 1, 2010, Pages 136- 145). In our system, such deactivation is also visible for the Ni/NiOx-Al2O3 catalyst sample (Fig. 11, line A). At the beginning of the reaction, the activity measured by the degree of conversion is over 60%, however, in the first 5 hours it drops by over 20% and after 25 hours of the reaction it is 50% lower than for the Ni-3V/VxOy-NiOx-AbO3 catalyst. Even a small addition of vanadium in the amount of 0.5% makes this activity stable throughout the reaction period and after 25 hours the conversion is still measured at 60% (Fig. 11, line C). An increase in the amount of vanadium in the sample by 3 to 5% (lines E and F, Fig. 11) has a positive effect on the degree of conversion and causes its increase by 40-50% compared to the Ni/NiOx-Al2O3 sample
Przykład 6 Zastosowanie katalizatora wanadowo-glinowego (3V2O5/VxOy-AkO3) i w procesach waloryzacji dwutlenku węgla (przykład porównawczy)Example 6 Use of a vanadium-aluminum catalyst (3V2O5/VxOy-AkO3) and in carbon dioxide valorization processes (comparative example)
Na figurze 12 linia A przedstawiono zmianę stopnia konwersji w czasie dla próbki katalizatora Ni/NiOx-Al2O3. Na początku reakcji aktywność mierzona stopniem konwersji mieści się w zakresie 37-40%, jednakże już w pierwszych 5 godzinach spada o ponad 45% i po 25 godzinach trwania reakcji jest ona o 50% niższa niż mierzona na początku reakcji. Katalizator wanadowy 3V2O5/VxOy-ALO3 wykazuje aktywność niemalże 100%, która jest stabilna w całym okresie reakcji (Fig. 12 12 linia B). Po 25 godzinach konwersja nadal jest mierzona na poziomie 90% (Fig. 12 linia B). Natomiast pomimo 100% konwersji selektywność do metanu jest poniżej 17% w zakresie temperatur 300-400 K (Fig. 14 linia B) i spada do poniżej 1% wraz ze wzrostem temperatury, co jest spowodowane silnymi właściwościami utleniającymi wanadu. Powyżej 400 K głównymi produktami reakcji są dwutlenek węgla i tlenek węgla.Figure 12, line A, shows the change in the conversion rate over time for the Ni/NiOx-Al2O3 catalyst sample. At the beginning of the reaction, the activity measured by the degree of conversion is in the range of 37-40%, however, in the first 5 hours it drops by over 45% and after 25 hours of the reaction it is 50% lower than that measured at the beginning of the reaction. The 3V2O5/VxOy-ALO3 vanadium catalyst has an activity of almost 100%, which is stable throughout the entire reaction period (Fig. 12, line B). After 25 hours, the conversion is still measured at 90% (Fig. 12, line B). However, despite 100% conversion, the selectivity to methane is below 17% in the temperature range of 300-400 K (Fig. 14, line B) and drops to below 1% with an increase in temperature, which is caused by the strong oxidizing properties of vanadium. Above 400 K, the main reaction products are carbon dioxide and carbon monoxide.
Dla katalizatorów niklowo-wanadowych obserwuje się wzrost aktywności mierzonej stopniem konwersji (Fig. 12, linie C, D, E i F). Wzrost ilości wanadu w próbce o 3 do 5% (linie E i F, fig. 11) korzystnie wpływa na stopień konwersji i powoduje jego wzrost o 95-97% w stosunku do próbki Ni/NiOx-Al2O3. Korzystny wpływ połączenia wanadu wykazano również pomiarem selektywności, gdzie dla katalizatora Ni-3V/VxOy-NiOx-Al2O3 w temperaturze 300-400 K selektywność do metanu była o 60% wyższa w stosunku do próbki Ni/NiOx-Al2O3 (Fig. 14 linia C) i wyniosła 98% w temperaturze 550-600 K.For nickel-vanadium catalysts, an increase in activity measured by the degree of conversion is observed (Fig. 12, lines C, D, E and F). An increase in the amount of vanadium in the sample by 3 to 5% (lines E and F, Fig. 11) has a positive effect on the degree of conversion and causes its increase by 95-97% compared to the Ni/NiOx-Al2O3 sample. The beneficial effect of the vanadium combination was also demonstrated by selectivity measurement, where for the Ni-3V/VxOy-NiOx-Al2O3 catalyst at a temperature of 300-400 K, the selectivity to methane was 60% higher compared to the Ni/NiOx-Al2O3 sample (Fig. 14, line C ) and amounted to 98% at a temperature of 550-600 K.
LiteraturaLiterature
[1] M.C.J. Bradford, M.A. Vannice, Applied Catalysis A 42 (1996) 73-96.[1] M.C.J. Bradford, M.A. Vannice, Applied Catalysis A 42 (1996) 73-96.
[2] J. Sehested, J.A.P. Gelten, I.N. Remediakis, H. Bengaard, J.K. Nprskov, Journal of Catalysis 223 (2004) 432-443.[2] J. Sehested, J.A.P. Gelten, I.N. Remediakis, H. Bengaard, J.K. Nprskov, Journal of Catalysis 223 (2004) 432-443.
[3] B. Pawelec, S. Damyanova, K. Arishtirova, J.L. Fierro, L. Petrov, Applied Catalysis A 323(2007)188-201.[3] B. Pawelec, S. Damyanova, K. Arishtirova, J.L. Fierro, L. Petrov, Applied Catalysis A 323(2007)188-201.
[4] N. Sahli, C. Petit, A.C. Roger, A. Kiennemann, S. Libs, M.M. Vetar, Catalysis Today 113 (2006)187-193.[4] N. Sahli, C. Petit, A.C. Roger, A. Kiennemann, S. Libs, M.M. Vetar, Catalysis Today 113 (2006) 187-193.
[5] M. Garcia-Dieguez, I.S. Pieta, M.C. Herrera, M.A. Larrubia, L.J. Alemany, Journal of Catalysis 270 (2010) 136-145.[5] M. Garcia-Dieguez, I.S. Pieta, M.C. Herrera, M.A. Larrubia, L.J. Alemany, Journal of Catalysis 270 (2010) 136-145.
[6] J. Zhang, H. Wang, A.K. Dalai, Journal of Catalysis 249 (2007) 300-310.[6] J. Zhang, H. Wang, A.K. Dalai, Journal of Catalysis 249 (2007) 300-310.
[7] Chang-jun Liu, Jingyun Ye, Jiaojun Jiang and Dr. Yunxiang Pan, Progresses in the Preparation of Coke Resistant Ni-based Catalyst for Steam and CO2 Reforming of Methane, ChemCatChem 3 (2011) 529-541.[7] Chang-jun Liu, Jingyun Ye, Jiaojun Jiang and Dr. Yunxiang Pan, Progresses in the Preparation of Coke Resistant Ni-based Catalyst for Steam and CO2 Reforming of Methane, ChemCatChem 3 (2011) 529-541.
[8] Taejin Kim, Israel E. Wachs, CH3OH oxidation over well-defined supported V2O5/AI2O3 catalysts: Influence of vanadium oxide loading and surface vanadium-oxygen functionalities, J. Catal. 255 (2008) 197-205.[8] Taejin Kim, Israel E. Wachs, CH3OH oxidation over well-defined supported V2O5/AI2O3 catalysts: Influence of vanadium oxide loading and surface vanadium-oxygen functionalities, J. Catal. 255 (2008) 197-205.
[9] M. Rezaei, S.M. Alavi, S. Sahebdelfar, Z.-F. Yan, Journal of Natural Gas Chemistry 15 (2006)327-334.[9] M. Rezaei, S.M. Alavi, S. Sahebdelfar, Z.-F. Yan, Journal of Natural Gas Chemistry 15 (2006) 327-334.
[10] A.T. Ashcroft, A.K. Cheethan, M.L.H. Green, P.D.F. Vernom, Nature 352 (1991) 225-226.[10] A.T. Ashcroft, A.K. Cheethan, M.L.H. Green, P.D.F. Vernom, Nature 352 (1991) 225-226.
[11] J.H. Bitter, K. Seshan, J.A. Lercher, J. Catal. 171 (1997) 279-286.[11] J.H. Bitter, K. Seshan, J.A. Lercher, J. Catal. 171 (1997) 279-286.
[12] K. Faungnawakij, K. Eguchi, Catal. Surv. Asia 15 (2011) 12-24.[12] K. Faungnawakij, K. Eguchi, Catal. Surv. Asia 15 (2011) 12-24.
[13] N. Shimoda, H. Muroyama, T. Matsui, K. Faungnawakij, R. Kikuchi, K. Eguchi, Dimethyl ether steam reforming under daily start-up and shut-down (DSS)-like operation over CuFe2O4 spinel and alumina composite catalysts, Appl. Catal. A: 409-410 (2011) 91-98.[13] N. Shimoda, H. Muroyama, T. Matsui, K. Faungnawakij, R. Kikuchi, K. Eguchi, Dimethyl ether steam reforming under daily start-up and shut-down (DSS)-like operation over CuFe2O4 spinel and alumina composite catalysts, Appl. Catal. A: 409-410 (2011) 91-98.
[14] K. Faungnawakij, R. Kikuchi, K. Eguchi, Thermodynamic analysis of carbon formation boundary and reforming performance for steam reforming of dimethyl ether, J. of Power Sources, 164 (2007) 73-79.[14] K. Faungnawakij, R. Kikuchi, K. Eguchi, Thermodynamic analysis of carbon formation boundary and reforming performance for steam reforming of dimethyl ether, J. of Power Sources, 164 (2007) 73-79.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL434122A PL244205B1 (en) | 2020-05-29 | 2020-05-29 | Nickel-vanadium catalyst for carbon dioxide valorization, method of obtaining a nickel-vanadium catalyst and the use of nickel-vanadium catalyst in carbon dioxide valorization processes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL434122A PL244205B1 (en) | 2020-05-29 | 2020-05-29 | Nickel-vanadium catalyst for carbon dioxide valorization, method of obtaining a nickel-vanadium catalyst and the use of nickel-vanadium catalyst in carbon dioxide valorization processes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL434122A1 PL434122A1 (en) | 2021-12-06 |
| PL244205B1 true PL244205B1 (en) | 2023-12-18 |
Family
ID=80002075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL434122A PL244205B1 (en) | 2020-05-29 | 2020-05-29 | Nickel-vanadium catalyst for carbon dioxide valorization, method of obtaining a nickel-vanadium catalyst and the use of nickel-vanadium catalyst in carbon dioxide valorization processes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL244205B1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999015459A1 (en) * | 1997-09-22 | 1999-04-01 | Amoco Corporation | Method for preparing and using nickel catalysts |
-
2020
- 2020-05-29 PL PL434122A patent/PL244205B1/en unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999015459A1 (en) * | 1997-09-22 | 1999-04-01 | Amoco Corporation | Method for preparing and using nickel catalysts |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ANTONINHOVALENTINI ET AL.: "Applied Catalysis A: General, 2003, 255, 2: 211-220, https://doi.org/10.1016/S0926-860X(03)00560-X", „ROLE OF VANADIUM IN NI:AL2O3 CATALYSTS FOR CARBON DIOXIDE REFORMING OF METHANE" * |
| RAFAEL GONZÁLEZ-GIL ET AL.: "International Journal of Hydrogen Energy, 2016, 41, 43:19781-19788, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.05.074", „HYDROGEN PRODUCTION BY STEAM REFORMING OF DME OVER NI-BASED CATALYSTS MODIFIED WITH VANADIUM" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL434122A1 (en) | 2021-12-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sakpal et al. | Structure-dependent activity of CeO2 supported Ru catalysts for CO2 methanation | |
| Da Costa et al. | Yttrium promoted Ni-based double-layered hydroxides for dry methane reforming | |
| Sahraei et al. | Hydrogen production by glycerol steam reforming catalyzed by Ni-promoted Fe/Mg-bearing metallurgical wastes | |
| US7166268B2 (en) | Catalyst for hydrocarbon reforming and method of reforming hydrocarbon with the same | |
| Movasati et al. | CO2 reforming of methane over Ni/ZnAl2O4 catalysts: influence of Ce addition on activity and stability | |
| Dan et al. | Hydrogen production by ethanol steam reforming on nickel catalysts: Effect of support modification by CeO2 and La2O3 | |
| Angeli et al. | Methane steam reforming at low temperature: Effect of light alkanes’ presence on coke formation | |
| KR101994152B1 (en) | A Reduced Carbon Poisoning Perovskite Catalyst Impregnated with Metal Ion, Preparation Method Thereof and Methane Reforming Method Threrewith | |
| Song et al. | Methanol steam reforming for hydrogen production over ternary composite ZnyCe1Zr9Ox catalysts | |
| Pu et al. | Ceria-promoted Ni@ Al2O3 core-shell catalyst for steam reforming of acetic acid with enhanced activity and coke resistance | |
| Faroldi et al. | Efficient nickel and copper-based catalysts supported on modified graphite materials for the hydrogen production from formic acid decomposition | |
| Wang et al. | Cu/ZnO/SiO2 catalyst synthesized by reduction of ZnO-modified copper phyllosilicate for dimethyl ether steam reforming | |
| KR102644506B1 (en) | Perovskite metal oxide catalyst for high-nickel-containing hydrocarbon reforming reaction and method for producing the same | |
| JP2012515078A (en) | Catalyst for use in a method for producing hydrogen by hydrocarbon reforming using steam, method for producing the catalyst, and use of the catalyst in the method for producing hydrogen | |
| Cai et al. | Effect of CeO2 on the catalytic performance of Ni/Al2O3 for autothermal reforming of methane | |
| Xu et al. | Co-nanocasting synthesis of Cu based composite oxide and its promoted catalytic activity for methanol steam reforming | |
| Can et al. | New Active and Selective Rh− REO x− Al2O3 Catalysts for Ethanol Steam Reforming | |
| Asencios et al. | Oxidative-reforming of model biogas over NiO/Al2O3 catalysts: The influence of the variation of support synthesis conditions | |
| de Caprariis et al. | The role of Al2O3, MgO and CeO2 addition on steam iron process stability to produce pure and renewable hydrogen | |
| Ren et al. | Dry reforming of toluene for syngas production over Ni-based perovskite-type oxides | |
| Qiu et al. | Applications of Al2O3‐Based Nano‐Catalysts in Thermocatalytic CO2 Transformations: Impacts of Surface Acidity and Basicity | |
| KR102092736B1 (en) | Preparation Method of Reduced Carbon Poisoning Perovskite Catalyst Impregnated with Metal Ion, and Methane Reforming Method Threrewith | |
| Ergazieva et al. | Catalytic decomposition of Methane to hydrogen over Al2O3 supported mono-and bimetallic catalysts | |
| PL244205B1 (en) | Nickel-vanadium catalyst for carbon dioxide valorization, method of obtaining a nickel-vanadium catalyst and the use of nickel-vanadium catalyst in carbon dioxide valorization processes | |
| Dongmei et al. | Steam reforming of dimethyl ether over coupled catalysts of CuO-ZnO-Al2O3-ZrO2 and solid-acid catalyst |