Получение CО и CH4 по реакции гидрирования CO2 в условиях катализа в низкотемпературной плазме
- Authors: Голубев О.В.1, Максимов А.Л.1
-
Affiliations:
- Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН
- Issue: Vol 64, No 6 (2024)
- Pages: 611-620
- Section: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/0028-2421/article/view/677419
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0028242124060065
- EDN: https://elibrary.ru/MFFIMF
- ID: 677419
Cite item
Abstract
Исследован процесс гидрирования CO2 в плазме барьерного разряда с использованием катализаторов на основе микро- и мезопористых материалов. Катализаторы синтезированы методом пропитки носителей, содержащих цеолиты типов MFI и MTW, а также мезопористый материал SBA-15. Полученные катализаторы исследованы физико-химическими методами анализа (низкотемпературная адсорбция–десорбция N2, термопрограммированная десорбция NH3, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, рентгенофазовый анализ). Установлено, что повышение селективности по CH4 (до 87%) достигается в присутствии цеолитсодержащих катализаторов с низкой кислотностью. В присутствии катализаторов, содержащих мезопористый материал SBA-15, повышаются конверсия CO2 (с 24 до 33%) и выход CO, однако реакция метанирования CO2 не протекает (селективность по CH4 составляет < 2.5%).
Full Text

About the authors
Олег Владимирович Голубев
Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН
Author for correspondence.
Email: golubev@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-8558-3094
к. х. н.
Russian Federation, Москва, 119991Антон Львович Максимов
Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН
Email: golubev@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0001-9297-4950
д. х. н., чл.- корр. РАН
Russian Federation, Москва, 119991References
- Vogt C., Monai M., Kramer G.J., Weckhuysen B.M. The renaissance of the Sabatier reaction and its applications on Earth and in space // Nat. Catal. 2019. V. 2. № 3. P. 188–197. https://doi.org/10.1038/s41929-019-0244-4
- Fan W.K., Tahir M. Recent trends in developments of active metals and heterogenous materials for catalytic CO2 hydrogenation to renewable methane: A review // J. Environ. Chem. Eng. 2021. V. 9. № 4. ID105460. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105460
- Gao J., Liu Q., Gu F., Liu B., Zhon, Z., Su F. Recent advances in methanation catalysts for the production of synthetic natural gas // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 22759–22776. https://doi.org/10.1039/C4RA16114A
- Tahir M., Tahir B. Constructing a stable 2D/2D heterojunction of oxygen-cluster-modified Ti3AlC2 MAX cocatalyst with proton-rich C3N4 for highly efficient photocatalytic CO2 methanation // Ind. Eng. Chem. Res. 2020. V. 59(21). P. 9841–9857. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c00193
- Manthiram K., Beberwyck B.J., Alivisatos A.P. Enhanced electrochemical methanation of carbon dioxide with a dispersible nanoscale copper catalyst // J. Am. Chem. Soc. 2014. V. 136 № 38. P. 13319–13325. https://doi.org/10.1021/ja5065284
- Alitalo A., Niskanen M., Aura E. Biocatalytic methanation of hydrogen and carbon dioxide in a fixed bed bioreactor // Bioresour. Technol. 2015. V. 196. P. 600–605. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.08.021
- Chen H., Goodarzi F., Mu Y., Chansai S., Mielby J.J., Mao B., Sooknoi T., Hardacre C., Kegnæs S., Fan X. Effect of metal dispersion and support structure of Ni/silicalite-1 catalysts on non-thermal plasma (NTP) activated CO2 hydrogenation // Appl. Catal. B Environ. 2020. V. 272. ID119013. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.119013
- Ahmad F., Lovell E.C., Masood H., Cullen P.J., Ostrikov K.K., Scott J.A., Amal R. Low-temperature CO2 methanation: Synergistic effects in plasma–Ni hybrid catalytic system // ACS Sustain. Chem. Eng. 2020. V. 8. P. 1888–1898. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b06180.
- Chen H., Mu Y., Shao Y., Chansai S., Xiang H., Jiao Y., Hardacre C., Fan X. Nonthermal plasma (NTP) activated metal–organic frameworks (MOFs) catalyst for catalytic CO2 hydrogenation // AIChE J. 2020. V. 66. ID e16853. https://doi.org/10.1002/aic.16853
- Bacariza M.C., Biset-Peiró M., Graça I., Guilera J., Morante J., Lopes J.M., Andreu T., Henriques C. DBD plasma-assisted CO2 methanation using zeolite-based catalysts: Structure composition–reactivity approach and effect of Ce as promoter // J. CO2 Util. 2018. V. 26. P. 202–211. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2018.05.013
- Biset-Peiró M., Guilera J., Zhang T., Arbiol J., Andreu T. On the role of ceria in Ni–Al2O3 catalyst for CO2 plasma methanation // Appl. Catal. A Gen. 2019. V. 575. P. 223–229. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2019.02.028
- Chen H., Mu Y., Shao Y., Chansai S., Xu S., Stere C.E., Xiang H., Zhang R., Jiao Y., Hardacre C., Fan X. Coupling non-thermal plasma with Ni catalysts supported on BETA zeolite for catalytic CO2 methanation // Catal. Sci. Technol. 2019. V. 9. P. 4135–4145. https://doi.org/10.1039/C9CY00590K
- Mikhail M., Da Costa P., Amouroux J., Cavadias S., Tatoulian M., Ognier S., Gálvez M.E. Effect of Na and K impurities on the performance of Ni/CeZrOx catalysts in DBD plasma–catalytic CO2 methanation // Fuel. 2021. V. 306. ID121639. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121639
- Mu Y., Xu S., Shao Y., Chen H., Hardacre C., Fan X. Kinetic study of nonthermal plasma activated catalytic CO2 hydrogenation over Ni supported on silica catalyst // Ind. Eng. Chem. Res. 2020. V. 59(20). P. 9478–9487. https://dx.doi.org/10.1021/acs.iecr.0c01477
- Wang J., Wang X., AlQahtani M.S., Knecht S.D., Bil´en S.G., Chu W., Song C. Synergetic effect of non-thermal plasma and supported cobalt catalyst in plasma-enhanced CO2 hydrogenation // Chem. Eng. J. 2023. V. 451. ID138661. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138661
- Lan L., Wang A., Wang Y. CO2 hydrogenation to lower hydrocarbons over ZSM-5-supported catalysts in a dielectric-barrier discharge plasma reactor // Catal. Commun. 2019. V. 130. ID105761. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2019.105761
- Wang J., AlQahtani, M.S., Wang X., Knecht S.D., Bilén S.G., Song C., Chu W. One-step plasma-enabled catalytic carbon dioxide hydrogenation to higher hydrocarbons: Significance of catalyst-bed configuration // Green Chem. 2021. V. 23. P. 1642–1647. https://doi.org/10.1039/D0GC03779F
- Men Y.-L., Liu Y., Wang Q., Luo Z.-H., Shao S., Li Y.-B., Pan Y.-X. Highly dispersed Pt-based catalysts for selective CO2 hydrogenation to methanol at atmospheric pressure // Chem. Eng. Sci. 2019. V. 200. P. 167–175. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.02.004
- Xiao S., Zhang Y., Gao P., Zhong L., Li X., Zhang Z., Wang H., Wei W., Sun Y. Highly efficient Cu-based catalysts via hydrotalcite-like precursors for CO2 hydrogenation to methanol // Catal. Today. 2017. V. 281. P. 327–336. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2016.02.004
- Du J., Zong L., Zhang S., Gao Y., Dou L., Pan J., Shao T. Numerical investigation on the heterogeneous pulsed dielectric barrier discharge plasma catalysis for CO2 hydrogenation at atmospheric pressure: Effects of Ni and Cu catalysts on the selectivity conversions to CH4 and CH3OH // Plasma Process Polym. 2022. V. 19(2). ID2100111. https://doi.org/10.1002/ppap.202100111
- Michiels R., Engelmann Y., Bogaerts A. Plasma catalysis for CO2 hydrogenation: unlocking new pathways toward CH3OH // J. Phys. Chem. C. 2020. V. 124(47). P. 25859–25872. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c07632
- Цаплин Д.Е., Макеева Д.А., Куликов Л.А., Максимов А.Л., Караханов Э.А. Синтез цеолитов ZSM-12 c применением новых темплатов на основе солей этаноламинов // Журн. прикл. химии. 2018. Т. 91. № 12. C. 1729–1734. https://doi.org/10.1134/S004446181812006X. [Tsaplin D.E., Makeeva D.A., Kulikov L.A., Maksimov A.L., Karakhanov E.A. Synthesis of ZSM-12 zeolites with new templates based on salts of ethanolamines // Russ. J. Appl. Chem. 2018. V. 91. № 12. P. 1957–1962. https://doi.org/10.1134/S1070427218120066]
- Meynen V., Cool P., Vansant E.F. Verified syntheses of mesoporous materials // Microporous. Mesoporous. Mater. 2009. V. 125. P. 170–223. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2009.03.046
Supplementary files
