بررسی تأثیر غلظت منگنز و نیکل در سنتز کاتالیست نانوساختار MnNiAPSO-34 برای تبدیل متانول به الفین های سبک

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 تبریز، شهر جدید سهند، دانشگاه صنعتی سهند، دانشکده مهندسی شیمی، صندوق پستی 1996 ـ 51335

2 تبریز، شهر جدید سهند، دانشگاه صنعتی سهند، مرکز تحقیقات راکتور و کاتالیست، صندوق پستی 1996 ـ 51335

چکیده

غربال مولکولی نانوساختار SAPO-34 ، بهترین عملکرد را در تولید الفین های‌ سبک به خود اختصاص داده است. همچنین به دلیل اهمیت فرایندMTO پژوهش‌ های گوناگونی برای بهبود ویژگی‌ های کاتالیست SAPO-34 انجام گرفته است.از این رو مطالعه و بررسی سنتز این کاتالیست در کنترل ساختار و بهبود ویژگی‌ های آن مؤثر می‌ باشد. استفاده از فلزهای گوناگون از جمله فلزهای واسطه با ایجاد سایت‌ های اسیدی جدید، اسیدیته کاتالیست را اصلاح کرده و سبب افزایش طول عمر این کاتالیست‌ ها می شوند. از این رو، در این پژوهش به منظور بهبود عملکرد کاتالیست‌ ها، زئولیت‌های  SAPO-34با توزیع غلظت‌ های متفاوتی از بهبوددهنده‌ های Mnو Niدر ساختار کاتالیست‌ها تهیه شدند. کاتالیست ‌های Mn0.05Ni0.1APSO-34 وMn0.1Ni0.05APSO-34 با ماده الگوساز DEA به روش هیدروترمال تهیه شده و ویژگی‌ ها و فعالیت آن ‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. پس از مرحله‌ های سنتز، ویژگی ‌های کاتالیست‌ ها توسط آنالیزهایXRD، FESEM، EDX، BET و FTIR ارزیابی شده و آزمون‌ های راکتوری برای بررسی ویژگی‌ های کاتالیستی به منظور استفاده در فرایند MTO انجام شد.نتیجه‌ های به دست آمده از آنالیزهای XRDو FESEMنشان داد که کاتالیست‌ های Mn0.05Ni0.1APSO-34 وMn0.1Ni0.05APSO-34 به ترتیب دارای بلورهایی با اندازه در حدود 5/44 و 2/47 نانومتر و ذره‌ هایی در حدود 15 و 2/12 میکرومتر شده ‌اند. از نتیجه‌ های آنالیز BET سطح ویژه بالایی برای کاتالیست تهیه شده با غلظت بالایی از Mnدیده شد. نتیجه‌ های به دست آمده از آزمون‌های راکتوری نشان داد که میزان تبدیل متانول در بازه‌ی دمایی بررسی شده برای همه کاتالیست‌ها حدود 100% به ‌دست می ‌آید.همچنین کاتالیستMn0.1Ni0.05APSO-34 نسبت به نمونه Mn0.05Ni0.1APSO-34 از پایداری و فعالیت بالاتری برخوردار بود. به طوری که این کاتالیستبا داشتن سطح ویژه بالا بعد از گذشت 6 ساعت انتخاب‌ پذیری 78% نسبت به الفین‌ های سبک داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] De Wispelaere K., et al., Complete Low-Barrier Side-Chain Route for Olefin Formation During Methanol Conversion in H-SAPO-34Journal of Catalysis305(0): 76-80 (2013).

[2] Álvaro-Muñoz T., Márquez-Álvarez C., Sastre E., Effect of Silicon Content on the Catalytic Behavior of Chabazite Type Silicoaluminophosphate in the Transformation of Methanol to Short Chain Olefins, Catalysis Today213(0): 219-225 (2013).

[3] Álvaro-Muñoz T., Márquez-Álvarez C., Sastre E., Enhanced Stability in the Methanol-to-Olefins Process Shown by SAPO-34 Catalysts Synthesized in Biphasic MediumCatalysis Today215(0): 208-215 (2013).

[4] Stocker M., Methanol-to-Hydrocarbons: Catalytic Materials and Their BehaviorMicroporous and Mesoporous Materials29(1): 3-48 (1999).

[5] Vafaeian Y., Haghighi M., Aghamohammadi S., Ultrasound Assisted Dispersion of Different Amount of Ni over ZSM-5 Used as Nanostructured Catalyst for Hydrogen Production via CO2 Reforming of Methane, Energy Conversion and Management76: 1093-1103 (2013).

[7] Rahemi N. et al., Plasma Assisted Synthesis and Physicochemical Characterizations of Ni–Co/Al2O3 Nanocatalyst Used in Dry Reforming of MethanePlasma Chemistry and Plasma Processing33(4): 663-680 (2013).

[8] Aghamohammadi S., Haghighi M., Karimipour S., A Comparative Synthesis and Physicochemical Characterizations of Ni/Al2O3-MgO Nanocatalyst via Sequential Impregnation and Sol-Gel Methods Used for CO2 Reforming of MethaneJournal of Nanoscience and Nanotechnology13(7): p. 4872-4882 (2013).

[9] Wu L. et al., Effect of SAPO-34 Molecular Sieve Morphology on Methanol to Olefins Performance, Chinese Journal of Catalysis34(7): 1348-1356 (2013).

[11] Liu Z. et al., New Progress in R&D of Lower Olefin SynthesisFuel Processing Technology62(2): 161-172 (2000).

[12] Ahmed S., Methanol to Olefins Conversion Over Metal Containing MFI-Type ZeolitesJournal of Porous Materials19(1): 111-117 (2012). 

[13] Wang T., Lu X., Yan Y., Synthesis of SAPO-34 from Metakaolin: Crystallization Mechanism of SAPO-34 and Transformation Processes of MetakaolinMicroporous and Mesoporous Materials168(0): 155-163 (2013).

[14] Taghipour N. et al., The Effect of Key Factors on Thermal Catalytic Cracking of Naphtha over Ce–La/SAPO-34 Catalyst by Statistical Design of ExperimentsJournal of Analytical and Applied Pyrolysis99(0): 184-190 (2013).

[15] Askari S., Halladj R., Effects of Ultrasound-Related Variables on Sonochemically Synthesized SAPO-34 NanoparticlesJournal of Solid State Chemistry201(0): 85-92 (2013).

[16]      Zhuang Y.-Q. et al., CFD–DEM Modeling of Gas–Solid Flow and Catalytic MTO Reaction in a Fluidized Bed ReactorComputers & Chemical Engineering60(0): 1-16 (2014).

[18] Ashraf Talesh S.S. et al., Comparative Study of Carbon Dioxide and Methane Adsorption by Synthesized Fine Particles of SAPO-34 Molecular SieveIran. J. Chem. Chem. Eng.(IJCCE), 29(3): 37-45 (2010).

[19] Fatourehchi N. et al., Preparation of SAPO-34 Catalyst and Presentation of a Kinetic Model for Methanol to Olefin Process (MTO)Chemical Engineering Research and Design89(6): 811-816 (2011).

[20] Chen D., Moljord K., Holmen A., A Methanol to Olefins Review: Diffusion, Coke Formation and Deactivation on SAPO type catalystsMicroporous and Mesoporous Materials3: 23-39 (2012).

[21] Hu H., Ying W., Fang D., Reaction and Deactivation Kinetics of Methanol-to-Olefins Process Based on a Special TGA ReactorJournal of Natural Gas Chemistry19(4): 409-416 (2010).

[22] Hartmann M., Kevan L., Substitution of Transition Metal Ions Into Aluminophosphates and Silicoaluminophosphates: Characterization and Relation to CatalysisResearch on Chemical Intermediates28(7): 625-695 (2002).

[23] Sena F.C. et al., Influence of Framework Composition Over SAPO-34 and MeAPSO-34 AcidityApplied Catalysis A: General406(1): 59-62 (2011).

[24] Sadeghpour P., Haghighi M., Synthesis of Nanostructured MnNiAPSO-34 Catalyst: Catalytic Properties and PerformanceJournal of Advanced Materials and Processing2(2): 49-66 (2014).

[25] Rajic N.Z., Open-Framework Aluminophosphates: Synthesis, Characterization and Transition Metal ModificationsJournal of the Serbian Chemical Society70(3): 371-391 (2005).

[26] Kang, M., Methanol Conversion on Metal-Incorporated SAPO-34s (MeAPSO-34s)Journal of Molecular Catalysis A: Chemical160(2):  437-444 (2000).

[27] Emrani P., Fatemi S., Ashraf T.S., Effect of Synthesis Parameters on Phase Purity, Crystallinity and Particle Size of SAPO-34Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 30(4): 29-36 (2011). 

[28] Van Niekerk M.J., Fletcher J.C.Q., O'Connor C.T., Effect of Catalyst Modification on the Conversion of Methanol to Light Olefins over SAPO-34Applied Catalysis A: General, 138(1): 135-145 (1996).

[31] Dubois D.R. et al., Conversion of Methanol to Olefins Over Cobalt-, Manganese-and Nickel-Incorporated SAPO-34 Molecular SievesFuel Processing Technology83(1): 203-218 (2003).

[32] Ye L. et al., Effect of Different TEAOH/DEA Combinations on SAPO-34’s Synthesis and Catalytic PerformanceJournal of Porous Materials18(2): 225-232 (2011).

[33] Liu G. et al., Synthesis of SAPO-34 Templated by Diethylamine: Crystallization Process and Si Distribution in the CrystalsMicroporous and Mesoporous Materials114(1): 416-423 (2008).

[34] Inui T., Kang M., Reliable Procedure for the Synthesis of Ni-SAPO-34 as a Highly Selective Catalyst for Methanol to Ethylene ConversionApplied Catalysis A: General164(1–2): 211-223 (1997).

[35] Salmasi M., Fatemi S., Taheri Najafabadi A., Improvement of Light Olefins Selectivity and Catalyst Lifetime in MTO Reaction; using Ni and Mg-Modified SAPO-34 Synthesized by Combination of Two TemplatesJournal of Industrial and Engineering Chemistry17(4): 755-761 (2011).

[36] Hadadzadeh H. et al., A Novel Method for Preparation of Alumina-Supported Rhenium-Cesium Catalyst, Re-Cs/γ-Al2O3Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE)27(3): 37-43 (2008).

[37] Alwahabi S.M., Froment G.F., Single Event Kinetic Modeling of the Methanol-to-Olefins Process on SAPO-34Industrial & Engineering Chemistry Research43(17): 5098-5111 (2004).

[38] Gunawardena D.A., Fernando S.D., Thermodynamic Equilibrium Analysis of Methanol Conversion to Hydrocarbons Using Cantera MethodologyJournal of Thermodynamics12: 64-73 (2012).