Исследование парового риформинга метанола на металл-углеродных катализаторах с различными углеродными носителями

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Изучены катализаторы на углеродных носителях на основе ИК-пиролизованного хитозана и детонационных наноалмазов (ДНА), содержащие Cu и Zn или Ni, в процессе паровой конверсии метанола. Все исследованные образцы показали достаточно высокую активность в данном процессе и стабильность в течение 30 ч непрерывной работы. Показано преимущество катализаторов на основе ДНА, причиной чего, видимо, является их более развитая поверхность и природа присутствующих на ней функциональных групп. Показана взаимосвязь между активностью биметаллических катализаторов и природой носителя.

Sobre autores

Е. Миронова

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева
Российской академии наук

Autor responsável pela correspondência
Email: palukas@ips.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 29

А. Пайен-Лыткина

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева
Российской академии наук

Email: yaroslav@igic.ras.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 29

М. Ермилова

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева
Российской академии наук

Email: yaroslav@igic.ras.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 29

Н. Орехова

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева
Российской академии наук

Email: yaroslav@igic.ras.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 29

Н. Жиляева

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева
Российской академии наук

Email: yaroslav@igic.ras.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 29

М. Ефимов

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева
Российской академии наук

Email: yaroslav@igic.ras.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 29

А. Васильев

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева
Российской академии наук

Email: yaroslav@igic.ras.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 29

И. Стенина

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова
Российской академии наук

Email: yaroslav@igic.ras.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 31

А. Ярославцев

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева
Российской академии наук; Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова
Российской академии наук

Autor responsável pela correspondência
Email: yaroslav@igic.ras.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 29; Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 31

Bibliografia

  1. Zhang X. The Development Trend of and Suggestions for China’s Hydrogen Energy Industry // Engineering. 2021. V. 7. P. 719–721. https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.04.012
  2. Cuevas F., Zhang J., Latroche M. The Vision of France, Germany, and the European Union on Future Hydrogen Energy Research and Innovation // Engineering. 2021. V. 7. P. 715–718. https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.04.010
  3. Filippov S.P., Yaroslavtsev A.B. Hydrogen Energy: Development Prospects and Materials // Russ. Chem. Rev. 2021. V. 90. № 6. P. 627–643. https://doi.org/10.1070/RCR5014
  4. Pollet B.G., Kocha S.S., Staffell I. Current Status of Automotive Fuel Cells for Sustainable Transport // Curr. Opin. Electrochem. 2019. V. 16. P. 90–95. https://doi.org/10.1016/j.coelec.2019.04.021
  5. Hren M., Bozic M., Fakin D., Kleinschek K.S., Gorgieva S. Alkaline Membrane Fuel Cells: Anion Exchange Membranes and Fuels // Sustain. Energy Fuels. 2021. V. 5. P. 604–637. https://doi.org/10.1039/D0SE01373K
  6. Fan L., Tu Z., Chan S.H. Recent Development in Design a State-of-art Proton Exchange Membrane Fuel Cell from Stack to System: Theory, Integration and Prospective // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. P. 7828–7865. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.11.212
  7. Sazali N., Salleh W.N.W., Jamaludin A.S., Razali M.N.M. New Perspectives on Fuel Cell Technology: A Brief Review // Membranes. 2020. V. 10. P. 99. https://doi.org/10.3390/membranes10050099
  8. Peng X., Kulkarni D., Huang Y., Omasta T.J., Ng B., Zheng Y., Wang L., Lamanna J.M., Hussey D.S., Varcoe J.R., Zenyuk I.V., Mustain W.E. Using Operando Techniques to Understand and Design High Performance and Stable Alkaline Membrane Fuel Cells // Nat. Commun. 2020. P. 3561. https://doi.org/10.1038/s41467-020-17370-7
  9. Thangarasu S., Oh T.H. Progress in Poly(Phenylene Oxide) Based Cation Exchange Membranes for Fuel Cells and Redox Flow Batteries Applications // Int. J. Hydrog. Energy. 2021. V. 46. P. 38381–38415. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.09.081
  10. Kasyanova A.V., Rudenko A.O., Lyagaeva Y.G., Medvedev D.A. Lanthanum-Containing Proton-Conducting Electrolytes with Perovskite Structures // Membr. Membr. Technol. 2021. V. 3. P. 73–97. https://doi.org/10.1134/S2517751621020050
  11. Belenov S., Pavlets A., Paperzh K., Mauer D., Menshikov V., Alekseenko A., Pankov I., Tolstunov M., Guterman V. The PtM/C (M = Co, Ni, Cu, Ru) Electrocatalysts: Their Synthesis, Structure, Activity in the Oxygen Reduction and Methanol Oxidation Reactions, and Durability // Catalysts. 2023. V. 13. P. 243. https://doi.org/10.3390/catal13020243
  12. Gerasimova I., Belenov S., Lyanguzov N., Pankov I., Tolstunov M., Pavlets A. Role of the Potential Range during Stress Testing of Platinum-Containing Electrocatalysts at Elevated Temperature // Catalysts. 2022. V. 12. P. 1179. https://doi.org/10.3390/catal12101179
  13. Апель П.Ю., Велизаров С., Волков А.В., Елисеева Т.В., Никоненко В.В., Паршина А.В., Письменская Н.Д., Попов К.И., Ярославцев А.Б. Фаулинг и деградация мембран в мембранных процессах // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 2. С. 81–106. https://doi.org/10.1134/S2218117222020031
  14. Parra D., Valverde L., Pino F.J., Patel M.K. A Review on the Role, Cost and Value of Hydrogen Energy Systems for Deep Decarbonisation // Renew. Sust. Energ. Rev. 2019. V. 101. P. 279–294. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.11.010
  15. Алентьев А.Ю., Волков А.В., Воротынцев И.В., Максимов А.Л., Ярославцев А.Б. Мембранные технологии для декарбонизации // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. № 5. С. 283–303. https://doi.org/10.1134/S2218117221050023
  16. Chen L., Qi Z., Zhang S., Su J., Somorjai G.A. Catalytic Hydrogen Production from Methane: A Review on Recent Progress and Prospect // Catalysts. 2020. V. 10. P. 858. https://doi.org/10.3390/catal10080858
  17. Soltani S.M., Lahiri A., Bahzad H., Clough P., Gorbounov M., Yan Y. Sorption-enhanced Steam Methane Reforming for Combined CO2 Capture and Hydrogen Production: A State-of-the-Art Review // Carbon Capture Sci. Technol. 2021. V. 1. P. 100003. https://doi.org/10.1016/j.ccst.2021.100003
  18. Fedotov A.S., Tsodikov M.V., Yaroslavtsev A.B. Hydrogen Production in Catalytic Membrane Reactors Based on Porous Ceramic Converters // Processes. 2022. V. 10. P. 2060. https://doi.org/10.3390/pr10102060
  19. Osman A.I. Catalytic Hydrogen Production from Methane Partial Oxidation: Mechanism and Kinetic Study // Chem. Eng. Technol. 2020. V. 43. № 4. P. 641–648. https://doi.org/10.1002/ceat.201900339
  20. Li L., Dostagir N.H.M.D., Shrotri A., Fukuoka A., Kobayashi H. Partial Oxidation of Methane to Syngas via Formate Intermediate Found for a Ruthenium–Rhenium Bimetallic Catalyst // ACS Catal. 2021. V. 11. № 7. P. 3782–3789. https://doi.org/10.1021/acscatal.0c05491
  21. Kumar S.S., Himabindu V. Hydrogen Production by PEM Water Electrolysis – A Review // Mater. Sci. Technol. 2019. V. 2. № 3. P. 442–454. https://doi.org/10.1016/j.mset.2019.03.002
  22. Kayfeci M., Kecebas A., Bayat M. Hydrogen Production // Solar Hydrogen Production: Processes, Systems and Technologies / Eds Calise F. et al. N.Y.: Elsevier, 2019. P. 45–83. https://doi.org/10.1016/C2017-0-02289-9
  23. Rivard E., Trudeau M., Zaghi K. Hydrogen Storage for Mobility: A Review // Materials. 2019. V. 12. P. 1973. https://doi.org/10.3390/ma12121973
  24. Xu X., Liu E., Zhu N., Liu F., Qian F. Review of the Current Status of Ammonia-Blended Hydrogen Fuel Engine Development // Energies. 2022. V. 15. P. 1023. https://doi.org/10.3390/en15031023
  25. Chen X., Gierlich C.H., Schötz S., Blaumeiser D., Bauer T., Libuda J., Palkovits R. Hydrogen Production Based on Liquid Organic Hydrogen Carriers through Sulfur Doped Platinum Catalysts Supported on TiO2 // ACS Sustain. Chem. Eng. 2021. V. 9. № 19. P. 6561–6573. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c09048
  26. Stenina I., Yaroslavtsev A. Modern Technologies of Hydrogen Production // Processes. 2023. V. 11. P. 56. https://doi.org/10.3390/pr11010056
  27. Kumar A., Daw P., Milstein D. Homogeneous Catalysis for Sustainable Energy: Hydrogen and Methanol Economies Fuels from Biomass, and Related Topics // Chem. Rev. 2022. V. 122. № 1. P. 385–441. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00412
  28. Lytkina A.A., Orekhova N.V., Yaroslavtsev A.B. Catalysts for the Steam Reforming and Electrochemical Oxidation of Methanol // Inorg. Mater. 2018. V. 54. P. 1315–1329. https://doi.org/10.1134/S0020168518130034
  29. Ranjekar A.M., Yadav G.D. Steam Reforming of Methanol for Hydrogen Production: A Critical Analysis of Catalysis, Processes, and Scope // Ind. Eng. Chem. Res. 2021. V. 60. P. 89–113. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c05041
  30. Chen L., Qi Z., Peng X., Chen J.-L., Pao C.-W., Zhang X., Dun C., Young M., Prendergast D., Urban J.J., Guo J., Somorjai G.A., Su J. Insights into the Mechanism of Methanol Steam Reforming Tandem Reaction over CeO2 Supported Single-Site Catalysts // J. Am. Chem. Soc. 2021. V. 143. № 31. P. 12074–12081. https://doi.org/10.1021/jacs.1c03895
  31. Lytkina-Payen A., Tabachkova N., Yaroslavtsev A. Methanol Steam Reforming on Bimetallic Catalysts Based on In and Nb Doped Titania or Zirconia: A Support Effect // Processes. 2022. V. 10. P. 19. https://doi.org/10.3390/pr10010019
  32. Rostami M., Farajollahi A.H., Amirkhani R., Farshchi M.E. A Review Study on Methanol Steam Reforming Catalysts: Evaluation of the Catalytic Performance, Characterizations, and Operational Parameters // AIP Adv. 2023. V. 13. P. 030701. https://doi.org/10.1063/5.0137706
  33. Миронова Е.Ю., Ермилова М.М., Ефимов М.Н., Земцов Л.М., Орехова Н.В., Карпачева Г.П., Бондаренко Г.Н., Жиляева Н.А., Муравьев Д.Н., Ярославцев А.Б. Детонационные наноалмазы как катализаторы парового риформинга этанола // Изв. РАН. Сер. хим. 2013. № 11. С. 2317–2321.
  34. Yaroslavtsev A.B., Stenina I.A. Carbon Coating of Electrode Materials for Lithium-Ion Batteries // Surf. Innovat. 2021. V. 9. № 2–3. P. 92–110. https://doi.org/10.1680/jsuin.20.00044
  35. Муратов Д.Г., Дзидзигури Э.Л., Земцов Л.М., Карпачева Г.П., Ефимов М.Н., Кириллова М.Н. Формирование наночастиц интерметаллидов FeCo в структуре металлоуглеродных нанокомпозитов Fe-Co/C // Российские нанотехнологии. 2015. Т. 10. № 9–10. С. 83–89.
  36. Kaczmarek H., Zawadzki J. Chitosan Pyrolysis and Adsorption Properties of Chitosan and Its Carbonizate // Carbohydr. Res. 2010. V. 345. P. 941–937. https://doi.org/10.1016/j.carres.2010.02.024
  37. Sivaramakrishna D., Bhuvanachandra B., Mallakuntla M.K., Das S.N., Ramakrishna B., Podile A.R. Pretreatment with KOH and KOH-Urea Enhanced Hydrolysis of α-chitin by an Endo-Chitinase from Enterobacter Cloacae Subsp. Cloacae // Carbohydr. Polym. 2020. V. 235. P. 115952. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.115952
  38. Shamshina J.L., Berton Paula, Rogers R.D. Advances in Functional Chitin Materials: A Review // ACS Sustain. Chem. Eng. 2019. V. 7. P. 6444–6457. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b06372
  39. Gal M.R., Rahmaninia M., Hubbe M.A. A Comprehensive Review of Chitosan Applications in Paper Science and Technologies // Carbohydr. Polym. 2023. V. 309. P. 120665. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.120665
  40. Al-Rooqi M.M., Hassan M.M., Moussa Z., Obaid R.J., Suman N.H., Wagner M.H., Natto S.S.A., Ahmed S.A. Advancement of Chitin and Chitosan as Promising Biomaterials // J. Saudi Chem. Soc. 2022. V. 26. P. 101561.
  41. Yan X., Liu Z., Diao M., Zhang T. Effect of Molecular Weight of Chitosan on Properties of Chitosan-Zn Nanoparticles // Food Bioscience. 2022. V. 50. P. 102206. https://doi.org/10.1016/j.jscs.2022.101561
  42. Fan S., Fan X., Wang S., Li B., Zhou N., Xu H. Effect of Chitosan Modification on the Properties of Magnetic Porous Biochar and Its Adsorption Performance towards Tetracycline and Cu2+ // Sustain. Chem. Pharm. 2023. V. 33. P. 101057. https://doi.org/10.1016/j.scp.2023.101057
  43. Zhao W., Shanjian L., Yin M., He Z., Bi Di. Co-pyrolysis of Cellulose with Urea and Chitosan to Produce Nitrogen-Containing Compounds and Nitrogen-Doped Biochar: Product Distribution Characteristics and Reaction Path Analysis // J. Anal. Appl. Pyrol. 2023. V. 169. P. 105795. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2022.105795
  44. Vasilev A., Efimov M., Bondarenko G., Kozlov V., Dzidziguri E., Karpacheva G. Thermal Behavior of Chitosan as a Carbon Material Precursor under IR Radiation // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019. V. 693. P. 012002. https://doi.org/10.1088/1757-899X/693/1/012002
  45. Биндюг Д.В., Васильев А.А., Дзидзигури Э.Л., Ефимов М.Н., Карпачева Г.П. Влияние исходного содержания металлов на формирование наночастиц твердого раствора Fe–Co в ИК-пиролизованной матрице хитозана // Журн. общ. химии. 2021. Т. 91. № 1. С. 149–156. https://doi.org/10.31857/S0044460X21010169
  46. Vasilev A.A., Efimov M.N., Bondarenko G.N., Muratov D.G., Dzidziguri E.L., Ivantsov M.I., Kulikova M.V., Karpacheva G.P. Fe-Co Alloy Nanoparticles Supported on IR Pyrolyzed Chitosan as Catalyst for Fischer-Tropsch Synthesis // Chem. Phys. Lett. 2019. V. 730. P. 8–13. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2019.05.034
  47. Mironova E.Yu., Ermilova M.M., Orekhova N.V., Muraviev D.N., Yaroslavtsev A.B. Production of High Purity Hydrogen by Ethanol Steam Reforming in Membrane Reactor // Catal. Today. 2014. V. 236. P. 64–69. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2014.01.014
  48. Миронова Е.Ю., Ермилова М.М., Орехова Н.В., Басов Н.Л., Ярославцев А.Б. Получение водорода паровым риформингом этанола на Pd-, Pt-, Ru-, Ni-содержащих наноалмазах в традиционном и мембранном реакторах // Мембраны и мембранные технологии. 2019. Т. 9. № 4. С. 286–294.
  49. Pandey K., Dwivedi M.M., Sanjay S.S. A Brief Review on Synthesis and Application of Polymer–Nanodiamond Composite // Mater. Today: Proc. 2022. V. 68. P. 2772–2780. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.09.032
  50. Huang H., Liu M., Tuo X., Chen J., Mao L., Wen Y., Tian J., Zhou N., Zhang X., Wei Y. One-Step Fabrication of PEGylated Fluorescent Nanodiamonds through the Thiol-Ene Click Reaction and Their Potential for Biological Imaging // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 439. P. 1143–1151. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.12.233
  51. López-Carballeira D., Cammarata A., Polcar T. Revisiting the Electronic Nature of Nanodiamonds // Diamond Relat. Mater. 2021. V. 120. P. 108627. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2021.108627
  52. Mironova E.Yu., Lytkina A.A., Ermilova M.M., Efimov M.N., Zemtsov L.M., Orekhova N.V., Karpacheva G.P., Bondarenko G.N., Yaroslavtsev A.B., Muraviev D.N. Ethanol and Methanol Steam Reforming on Transition Metal Catalysts Supported on Detonation Synthesis Nanodiamonds for Hydrogen Production // Int. J. Hydrogen Energy. 2015. V. 40. № 8. P. 3557–3565. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.11.082
  53. Бондаренко Г.Н., Ермилова М.М., Ефимов М.Н., Земцов Л.М., Карпачева Г.П., Миронова Е.Ю., Орехова Н.В., Родионов А.С., Ярославцев А.Б. Изучение парового риформинга этанола на нанокатализаторах Pt-Ru/ДНА с применением метода ИК-спектроскопии в режиме in situ // Российские нанотехнологии. 2016. Т. 11. № 1–12. С. 62–69.
  54. Kurtz M., Wilmer H., Genger T., Hinrichsen O., Muhler M. Deactivation of Supported Copper Catalysts for Methanol Synthesis // Catal. Lett. 2003. V. 86. P. 77–80. https://doi.org/10.1023/A:1022663125977

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2.

Baixar (582KB)
Metadados
3.

Baixar (61KB)
Metadados
4.

Baixar (120KB)
Metadados
5.

Baixar (76KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Е.Ю. Миронова, А.А. Пайен-Лыткина, М.М. Ермилова, Н.В. Орехова, Н.А. Жиляева, М.Н. Ефимов, А.А. Васильев, И.А. Стенина, А.Б. Ярославцев, 2023

Este site utiliza cookies

Ao continuar usando nosso site, você concorda com o procedimento de cookies que mantêm o site funcionando normalmente.

Informação sobre cookies