سنتز کاتالیست نیکل/UIO-66 برای به‌کارگیری در فرایند ODH پروپان در دمای پایین

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران

2 دانشکده نفت، گاز و پترو شیمی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر، ایران

3 دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

در این مظالعه، امکان استفاده از چارچوب  آلی‌فلزی UIO-66 به برای استفاده در فرایند ODH پروپان در دماهای پایین مورد بررسی قرار گرفت. در این فرایند نیکل به‌عنوان کاتالیست اصلی در بارگذاری­ های 5، 15 و 25 درصد وزنی و گاز O2 به‌عنوان اکسنده مورد استفاده قرار گرفت. به‌منظور بررسی دقیق و تعیین حالت بهینه از طراحی آزمایش در طول کار کمک گرفته شد. تأثیر سه پارامتر دمای واکنش، دبی حجمی خوراک (sccm) و مقدار‌ بارگذاری نیکل در سه سطح 1-، 0 و 1+  مورد بررسی قرار گرفت. برای پخش بهتر کاتالیست نیکل بر روی پایه سنتز شده، از روش فراصوت برای سنتز کاتالیست استفاده شد. در نتیجه منجر به بارگذاری بالای کاتالیست به‌صورت تک لایه بر روی پایه شد. ساختار کاتالیست با استفاده از روش ­های گوناگون مشخصه یابی شامل XRD ،BET، SEM و EDX مورد ارزیابی قرار گرفت. در این تحقیق چارچوب  آلی‌فلزی UIO-66 سنتز شده دارای مساحت سطح m2/g 42/1327 می­ باشد. کاتالیست نیکل سنتز شده به روش فراصوت به دلیل سطح ویژه بالاتر و پخش بهتر نیکل بر روی بستر جدید، با بارگذاری 17 درصد وزنی از نیکل اکسید بر پایه‌ی UIO-66 توانست به درصد تبدیل % 98/5 و گزینش ­پذیری پروپیلن برابر با% 7/55 در دمای  oC 325 دست‌ یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Liu, Y.M., Wang, L.C., Chen, M., Xu, J., Cao, Y., He, H.Y., Fan, K.N., Highly Selective Ce–Ni–O Catalysts for Efficient Low Temperature Oxidative Dehydrogenation of Propane. Catal. Letters, 130(3-4): 350-354 (2009).
[2] Saei moghaddam, M., Nasehi, P Asadi, R., Oxidative Dehydrogenation of Propane with CO2 Oxidant over Vanadium Catalyst Supported on Titania-Silicon Nanostructures, J. App. Research of Chem. -Polymer Eng. 2: 65-74 (2019).
[4] Ivan, Ş.B., Fechete, I., Papa, F., Marcu, I.C., x. Ethane Oxydehydrogenation over TiP2O7-Supported NiO Catalysts. Catal. Today (2014).
[6] Saei Moghaddam, M., Towfighi, J., Vanadium Oxide Supported on Al-Modified Titania Nanotubes for Oxidative Dehydrogenation of Propane. J. Chem. and Petrol. Eng, 51(2): 113-121 (2017).
[7] Varzaneh, A.Z., Moghaddam, M.S., Darian, J.T., Oxidative Dehydrogenation of Propane over Vanadium Catalyst Supported on Nano-HZSM-5. Petrol. Chem, 58(1): 13-21 (2018).
[8] Goudarzi, E., Asadi, R., Darian, J.T., Kootenaei, A.S., The Stability and Catalytic Performance of K-Modified Molybdena Supported on a Titanate Nanostructured Catalyst in the Oxidative Dehydrogenation of Propane. RSC Advances, 9(21): 11797-11809 (2019).
[9] Liu, X., Duan, L., Yang, W., Zhu, X., X Oxidative Dehydrogenation of N-butane to Butenes on Mo-Doped VMgO Catalysts. RSC Advances, 7(54): 34131-34137 (2019).
[11] Gannoun, C., Turki, A., Kochkar, H., Delaigle, R., Eloy, P., Ghorbel, A., Gaigneaux, E.M., Elaboration and Characterization of Sulfated and Unsulfated V2O5/TiO2 Nanotubes Catalysts for Chlorobenzene Total Oxidation. App. Catal. B: Environ., 147: 58-64 (2014).
[13] Kootenaei, A.S., Towfighi, J., Khodadadi, A., Mortazavi, Y., Stability and Catalytic Performance of Vanadia Supported on Nanostructured Titania Catalyst in Oxidative Dehydrogenation of Propane. App. surf. sci, 298: 26-35 (2014).
[16] Botavina, M.A., Agafonov, Y.A., Gaidai, N.A., Groppo, E., Corberán, V.C., Lapidus, A.L., Martra, G.,  Towards Efficient Catalysts for the Oxidative Dehydrogenation of Propane in the Presence of CO2: Cr/SiO2 Systems Prepared by Direct Hydrothermal Synthesis. Catal. Sci. & Tech., 6(3): 840-850 (2015).
[17] Moparthi, A., Uppaluri, R., Gill, B.S., Economic Feasibility of Silica and Palladium Composite Membranes for Industrial Dehydrogenation Reactions. Chem. Eng. Research and Design, 88(8): 1088-1101 (2010).
[18] Kawi, S., Kathiraser, Y., Ni, J., Oemar, U., Li, Z., Saw, E.T., Progress in Synthesis of Highly Active and Stable Nickel‐based Catalysts for Carbon Dioxide Reforming of Methane. Chem. Sus. Chem, 8(21): 3556-3575 (2015).
[19] Kim, S.J., Yun, Y.U., Oh, H.J., Hong, S.H., Roberts, C.A., Routray, K., Wachs, I.E., Characterization of Hydrothermally Prepared Titanate Nanotube Powders by Ambient and in Situ Raman Spectroscopy.  J. Phys. Chem. Letters, 1(1): 130-135 (2010).
[20] Kim, J., Kim, S.N., Jang, H.G., Seo, G., Ahn, W.S., CO2 Cycloaddition of Styrene Oxide over MOF Catalysts. App. Catal. A: General, 453: 175-180 (2013).
[21] Cheknoun, S., Mansouri, S., Benlounes, O., Hocine, S., Oxidative Dehydrogenation (ODH) of Ethylbenzene with  N2O over Heteropolycompounds. J. Chem. Sci., 130(4): 40 (2018).
[22] Gao, Y., Wang, B., Yan, B., Li, J., Alam, F., Xiao, Z., Jiang, T., Catalytic Oxidative Dehydrogenation of 1-butene to 1, 3-butadiene with CO2 over Fe2O3/γ-Al2O3 Catalysts: The Effect of Acid or Alkali Modification. Reac. Kinet, Mech. and Catal, 122(1): 451-462 (2017).
[23] Bulánek, R., Čičmanec, P., Kotera, J., Boldog, I., Efficient Oxidative Dehydrogenation of Ethanol by VOx@ MIL-101: On par with VOx/ZrO2 and Much Better than MIL-47 (V). Catal. Today, 324: 106-114 (2019).
[24] Hu, Z., Peng, Y., Kang, Z., Qian, Y., Zhao, D., A Modulated Hydrothermal (MHT) Approach for the Facile Synthesis of UiO-66-type MOFs. Inorganic Chem, 54(10): 4862-4868 (2015).
[25] Katz, M.J., Brown, Z.J., Colón, Y.J., Siu, P.W., Scheidt, K.A., Snurr, R.Q., Hupp, J.T., Farha, O.K., A Facile Synthesis of UiO-66, UiO-67 and Their Derivatives. Chem. Comm., 49(82): 9449-9451 (2013).
[26] Singh, R.P., Bañares, M.A., Deo, G., Effect of Phosphorous Modifier on V2O5/TiO2 Catalyst: ODH of Propane. J. Catal, 233(2): 388-398 (2005).
[27] Korzyński, M.D., Dincă, M., Oxidative Dehydrogenation of Propane in the Realm of Metal–Organic Frameworks. ACS Cent. Sci. 3(1): 10-12 (2017).
[28] Li, Z., Peters, A.W., Bernales, V., Ortuño, M.A., Schweitzer, N.M., DeStefano, M.R., Gallington, L.C., Platero-Prats, A.E., Chapman, K.W., Cramer, C.J., Gagliardi, L., Metal–Organic Framework Supported Cobalt Catalysts for the Oxidative Dehydrogenation of Propane at Low Temperature. ACS cent. sci, 3(1): 31-38 (2017).
[29] Heracleous, E., Machli, M., Lemonidou, A.A., Vasalos, I.A., Oxidative Dehydrogenation of Ethane and Propane over Vanadia and Molybdena Supported Catalysts. J. Mol. Catal. A: Chem., 232(1-2): 29-39 (2017).
[30] Thakkar, H., Eastman, S., Al-Mamoori, A., Hajari, A., Rownaghi, A.A., Rezaei, F., Formulation of Aminosilica Adsorbents into 3D-Printed Monoliths and Evaluation of Their CO2 Capture Performance. ACS App. Mat. & Inter, 9(8): 7489-7498 (2017).
[31] Lamia, N., Wolff, L., Leflaive, P., Sá Gomes, P., Grande, C.A., Rodrigues, A.E., Propane/propylene Separation by Simulated Moving Bed I. Adsorption of Propane, Propylene and Isobutane in Pellets of 13X ZeoliteSep. Sci. and Tech., 42(12): 2539-2566 (2007).
[33] Kondratenko, E.V., Baerns, M., Catalytic Oxidative Dehydrogenation of Propane in the Presence of O2 and N2O- the Role of Vanadia Distribution and Oxidant Activation. App. Catal.s A: General, 222(1-2): 133-143 (2001).
[34] Al-Ghamdi, S., Moreira, J., De Lasa, H., Kinetic Modeling of Propane Oxidative Dehydrogenation over VO x/γ-Al2O3 Catalysts in the Chemical Reactor Engineering Center Riser Reactor Simulator. Indust. & Eng. Chem. Research, 53(40): 15317-15332 (2014).
[35] Liu, Y., Jiang, C., Chu, W., Sun, W., Xie, Z.,  Novel F–V2O5/SiO2 Catalysts for Oxidative Dehydrogenation of Propane. Reaction Kinetics, Mech. and Catal, 101(1): 141-151 (2010).
[36] فیروزی، محمد.، بقالها، مرتضی.، اسدی، موسی.، 'سنتز زئولیت ZSM-5 به عنوان کاتالیست فرایند تبدیل متانول به پروپیلن'، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)31: 21تا26 (1391).