Badanie aktywności wybranych katalizatorów tlenkowych w reakcji odwodornienia propanu do propenu w obecności ditlenku węgla
Wariant tytułu
Study of the activity of selected oxide catalysts in the dehydrogenation of propane to propene in the presence of carbon dioxide
Autor
Zeńczak-Tomera, Kamila
Promotor
prof. dr hab. inż. Jan Ogonowski, prof. PK
Data wydania
2022
Data obrony
12.10.2022
Wydawca
[s.n.]
Język
polski
Słowa kluczowe
mezoporowata krzemionka, katalizatory wanadowe, katalizatory chromowe, odwodornienie z CO₂, propen
mesoporous silica, vanadium-based catalysts, chromium-based catalysts, dehydrogenation with CO₂, propene
Abstrakt
W pracy badano proces katalitycznego odwodornienia propanu do propenu w obecności CO₂. Na podstawie przeglądu literaturowego wykazano, iż proces może stanowić interesującą alternatywę dla obecnie stosowanych metod pozyskiwania propenu.
Przebadano serie katalizatorów wanadowych i chromowych osadzonych na różnych krzemionkach mezoporowatych (SBA-1, SBA-15) oraz komercyjnej SiO₂. Badania przeprowadzono w przepływowym mikroreaktorze kwarcowym w temperaturze 600ºC (V) i 550ºC (Cr), dokonano również charakterystyki temperaturowej. Otrzymane katalizatory prezentowały wysoką aktywność i selektywność, jednakże najlepsze właściwości wykazywał 5VOₓ/SBA-15 spośród katalizatorów wanadowych, a z serii katalizatorów chromowych Cr5/SBA-1. Wszystkie katalizatory otrzymano poprzez impregnację, metodą pierwszej wilgotności. Katalizatory poddano charakterystyce fizykochemicznej (UV-Vis DRS, SBET, rozkład wielkości porów, TPR-H₂). Widma UV-Vis DRS rejestrowano in situ w trakcie reakcji odwodornienia. W każdym badanym przypadku wykazano redukcję katalizatora strumieniem propan/CO₂. Na podstawie badań in situ UV-Vis DRS i TPR-H₂ dowiedziono, że w warunkach procesu zredukowany katalizator nie może być reutleniony zarówno wanadowy, jak i chromowy. Rola CO₂ w procesie polega przede wszystkim na wiązaniu wodoru w reakcji RWGS.
Użycie mezoporowatej krzemionki umożliwia otrzymanie kilkukrotnie większego stężenia centrów aktywnych wanadowych i chromowych niż w przypadku komercyjnej SiO₂, dzięki czemu materiał jest niezwykle użyteczny jako nośnik.
In the present work the catalytic dehydrogenation of propane to propene in the presence of CO₂ was investigated. On the basis of literature survey, it was shown that catalytic propane dehydrogenation to propene with CO2 might be considered as an interesting, alternative method of propene synthesis.
Two series of vanadia and chromia catalysts supported on different mesoporous silica (SBA-1, SBA-15) and commercial SiO₂ one were studied.
Catalytic tests were carried out in a flow-type quartz microreactor at temperature 600ºC (V) and 550ºC (Cr), but also various temperatures were tested. All of catalysts present high activity and selectivity to desirable olefin, but the best properties and parameters are shown 5VOₓ/SBA-15 for vanadia catalysts and Cr5/SBA-1 for chromia ones. The catalysts were obtained by incipient wetness impregnation. The catalyst were characterized physicochemically by various methods like UV-Vis DRS, SBET, pore size distribution and TPR-H₂. UV-Vis spectra were recordered constantly during propane dehydrogenation process. For every investigated case, it was proved that catalyst reduction by substrates stream could be observed thanks to in situ UV-Vis DRS. Furthermore, on the base of in situ UV-Vis DRS and TPR-H₂ analyses, it was stated that reduced catalysts (vanadia or chromia) cannot be reoxidazed by mild oxidant like carbon dioxide. The main role of CO₂ in the process is connection with CO₂ with hydrogen during RWGS reaction.
The application of mesoporous silica like SBA-1 or SBA-15 allows to obtain higher concentration of active sites than when traditional silica supports are used. Mesoporous silica is very useful support thanks to high surface area, uniform pore size and thermal stability.
