LaCoO3 as a catalyst precursor for CO2 hydrogenation to methane: Effects of calcination temperature on catalytic properties
CO2 hidrojenasyonu ile metan Üretimi için bir katalizör öncüsü olarak LaCoO3: Kalsinasyon sıcaklığının katalitik özelliklere etkisi
- Tez No: 794786
- Danışmanlar: PROF. DR. ALPER UZUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 78
Özet
Farklı sıcaklıklarda (600,700,800 ve 900 °C) kalsine edilmiş bir dizi lantan kobalt oksit (LaCoO3), CO2 metanlaşma reaksiyonu için katalizör öncüleri olarak olarak araştırılmıştır. Hazırlanan numunelerin yapısal özellikleri, X ışını kırınımı (XRD), X ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), X ışını floresan spektroskopisi (XRF), sıcaklık programlı CO2 desorpsiyonu (CO2-TPD), sıcaklık programlı indirgeme (H2-TPR), N2 adsorpsiyon-desorpsiyon ve taramalı elektron mikroskobu enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (SEM/EDX) teknikleri ile incelenmiştir. Veriler, daha düşük kalsinasyon sıcaklıklarında hazırlanan numunelerin daha az bozunmuş rombohedral kristal yapıya, daha yüksek BET yüzey alanına, gelişmiş indirgenebilirliğe ve daha düşük oksijen boşluk konsantrasyonuna sahip olduğunu göstermiştir. 400 °C altındaki indirgeyici işlemden sonra, oksijen boşluk konsantrasyonlarındaki değişikliklerle ilişkili eğilim tersine dönerken, kristal yapı korunmuştur. CO2-TPD sonuçları, azalan kalsinasyon sıcaklıkları ile hazırlanmış numunelerin, CO2 aktivasyonu için çok önemli olan CO2'ya afinitenin daha yüksek olduğunu göstemiştir. İndirgenmiş numunelerin CO2 metanasyonu üzerindeki katalitik aktivitesi, diferansiyel ve yüksek CO2 dönüşüm koşullarında ölçülmüştür. Arrhenius grafikleri, görünür aktivasyon enerjisinde ciddi bir değişiklik olmadığını göstermiş ve XPS sonuçlarıyla, her numunedeki katalitik performanslar arasındaki farkın, aktif bölgelerin kimliğindeki değişikliklerden ziyade aktif bölgelerin sayısından kaynaklanabileceğini doğrulamıştır. CO2 metanasyonu sırasında, perovskit yapısı kaybedilmiş ve özellikle en iyi performans gösteren katalizör LaCoO3-600 için çoğunlukla La2CO3OH'a dönüşmüştür. Artan kalsinasyon sıcaklığı ile kullanılmış katalizörlerde La2O2CO3, La(OH)3 ve metalik kobalt fazlarının oluştuğu gözlenmiştir. Reaksiyondan önce LaCoO3'ün başarılı bir şekilde aktive edilmesiyle, 350°C'de ve 40 bar'da 12000 mlCO2 gcat-1 h-1 boşluk hızında %73 CO2 dönüşümü ve %95 CH4 seçiciliği gibi üstün aktivite gözlemlenmiştir. Ayrıca, LaCoO3-600 katalizörünün aynı koşullar altında 72 saatlik stabilite testinde, metan seçiciliğinin etkilenmeden kaldığı, CO2 dönüşümünün sadece %10 seviyesinde azaldığı gözlemlenmiştir. Bildiğimiz kadarıyla, LaCoO3-600 katalizörü üzerinde ölçtüğümüz metan üretim hızı (5959 gCH4kgcat-1h-1), diğer tüm ABO3 tipi perovskitlerden daha üstündür ve bu durum indirgenmiş katalizörlerin oksijen boşluk konsantrasyonundaki artışa bağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
A series of lanthanum cobalt oxides (LaCoO3) calcined at different temperatures (600, 700, 800, and 900 °C) have been investigated as catalyst precursors for the CO2 methanation reaction. Structural characteristics of the as-prepared samples were studied by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), temperature programmed desorption of CO2 (CO2-TPD), temperature programmed reduction (H2-TPR), N2 adsorption-desorption, and scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDX) techniques. Data showed that the samples prepared at lower calcination temperatures were observed to have a slightly distorted rhombohedral crystalline structure, higher BET surface area, enhanced reducibility, and lower oxygen vacancy concentration. After the reductive treatment under 400 °C, the trend associated with the changes in the oxygen vacancy concentrations was reversed, whereas the crystal structure remained unchanged. The CO2-TPD results indicated that the reduced samples with decreasing calcination temperatures resulted in a better affinity to CO2, which is crucial for CO2 activation. The catalytic activity of reduced samples on CO2 methanation was measured at differential and high CO2 conversion conditions. Arrhenius plots showed no drastic variation in the apparent activation energy, confirming with XPS results that the difference between catalytic performances within each sample could result from the number of active sites rather than the changes in the identity of active sites. During CO2 methanation, the perovskite structure was destroyed and converted into mainly La2CO3OH, especially for the best-performing catalyst LaCoO3-600. With the increasing calcination temperature of the perovskite, the formation of La2O2CO3, La(OH)3, and metallic cobalt phases on the spent catalyst was observed. With successful activation of the LaCoO3 prior to the reaction, the superior activity of 73% CO2 conversion and 95% CH4 selectivity was observed at a space velocity of 12000 mlCO2 gcat-1 h-1 at 350°C and 40 bar using a CO2:H2 ratio of 1:4. Moreover, stability test of the LaCoO3-600 catalyst for a time-on-stream of 72-h under the identical conditions demonstrated that the methane selectivity remained unaffected with only a 10 % CO2 conversion decrease. To the best of our knowledge, the methane production rate (5959 gCH4kgcat-1h-1) that we measured on LaCoO3-600 catalyst is superior to that of all other ABO3-type perovskites, and it is attributed to the enhanced oxygen vacancy concentration of the reduced catalysts.
Benzer Tezler
- Treatment of sugar industry wastewater by advanced oxidation processes in the presence of heterojunction catalysts supported on graphene-graphitic carbon nitride
Şeker endüstrisi atık sularının grafen/grafitik karbon nitrür destekli hetero-birleşik katalizörler varlığında ileri oksidasyon prosesleri ile arıtımı
GÜLEN TEKİN
Doktora
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜHEYDA ATALAY
- N-O activation on precious metal-free metal oxide based nox removal systems
Değerli metal içermeyen metal oksit tabanlı nox giderim sistemleri üzerinde N-O aktivasyonu
KEREM EMRE ERCAN
Doktora
İngilizce
2022
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMRAH ÖZENSOY
- La(1-x)AgxB(1-y)B'yO3±? tipi perovskit katalizörlerin metanın katalitik yanmasındaki aktifliklerinin araştırılması ve kinetik verilerin modellenmesi
Investigetion of methane catalytic activity and modelling of kinetic constants on La(1-x)AgxB(1-y)B'yO3±? type perovskite catalysts
CANAN KARAKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Kimya MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NESRİN EKİNCİ MACHIN
- Novel hybrid perovskite catalysts for de-nox applications
De-nox uygulamaları için yeni nesil hibrit perovskitler
KEREM EMRE ERCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRAH ÖZENSOY
- Treatment of wastewaters containing veterinary antibiotics by means of sequential physical and chemical processes using a natural marine material
Veteriner antibiyotikleri içeren atıksuların ardışık fiziksel ve kimyasal işlemlerle doğal deniz malzemesi kullanılarak arıtılması
İLAYDA ÖZARABACI
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLİN ERSÖZ