Petroleum ChemistryPetroleum ChemistryНефтехимия0028-24213034-5626The Russian Academy of Sciences65562810.31857/S0028242123020089HKMOTUArticlesСтатьиResearch ArticleHydrogenation of CO2 over Biochar-Supported CatalystsРеакция гидрирования co2 на катализаторах на основе биоугляSviderskiyS. A.СвидерскийС. А.sviderskysa@ips.ac.ruDement'evaO. S.ДементьеваО. Сpetrochem@ips.ac.ruIvantsovM. I.ИванцовМ. И.petrochem@ips.ac.ruGrabchakA. A.ГрабчакА. Аpetrochem@ips.ac.ruKulikovaM. V.КуликоваМ. В.petrochem@ips.ac.ruMaksimovA. L.МаксимовА. Лpetrochem@ips.ac.ruTopchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of SciencesИнститут нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН15042023632NO2 (2023)№2 (2023)23924911022025Copyright ©; 2023, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2023, Российская академия наук2023Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0028-2421/article/view/655628

The study investigates hydrogenation of CO2 over mono- and bimetallic catalysts supported on biochar. In this reaction, bimetallic iron–cobalt catalysts were shown to surpass monometallic iron and cobalt catalysts in terms of catalytic performance. The optimal combination of performance parameters was reached at an iron to cobalt ratio of 3 : 1. The composition and genesis of the active phase in the bimetallic Fe–Co catalyst were identified, and the CO2 hydrogenation mechanism was suggested for an iron-dominated bimetallic catalyst. Using biochar as a support was found to provide an active phase composition favorable for CO2 hydrogenation.

Изучено протекание реакции гидрирования СО2 на моно- и биметаллических катализаторах на основе биоугля. Показано, что биметаллические железно-кобальтовые катализаторы в процессе гидрирования СО2 превосходят по эффективности монометаллические железный и кобальтовый; при этом наилучшее сочетание показателей процесса достигается при соотношении железо : кобальт = 3:1. Определен состав активной фазы биметаллического железно-кобальтового катализатора, генезис ее формирования и предполагаемый механизм протекания процесса гидрирования СО2 на катализаторе с преобладанием железа в его составе. Показано, что применение биоугля в качестве носителя способствует формированию состава активной фазы, благоприятного для процесса гидрирования СО2.

biocharhydrogenation of CO2bimetallic catalystC5+ hydrocarbonsoxygenatesбиоугольгидрирование СО2биметаллический катализаторуглеводороды С5+оксигенатыSteinberg M. Synthetic carbonaceous fuels and feedstocks from oxides of carbon and nuclear power // Fuel. 1978. V. 57. № 8. P. 460-468. https://doi.org/10.1016/0016-2361(78)90154-0Zhan Z., Kobsiriphat W., Wilson J.R., Pillai M., Kim I., Barnett S.A. Syngas production by coelectrolysis of CO2/H2O: The basis for a renewable energy cycle // Energy Fuel. 2009. V. 23. № 6. P. 3089-3096. https://doi.org/10.1021/EF900111FGraves C., Ebbesen S.D., Mogensen M., Lackner K.S. Sustainable hydrocarbon fuels by recycling CO2 and H2O with renewable or nuclear energy // Renew. Sustain. Energy Rev. 2011. V. 15. № 1. P. 1-23. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2010.07.014Yang H., Zhang C., Gao P., Wang H., Li X., Zhong L., Wei W., Sun Y. A review of the catalytic hydrogenation of carbon dioxide into value-added hydrocarbons // Catal. Sci. Technol. 2017. V. 7. № 20. P. 4580-4598. https://doi.org/10.1039/C7CY01403AHe Z., Cui M., Qian Q., Zhang J., Liu H., Han B. Synthesis of liquid fuel via direct hydrogenation of CO2 // Proceedings of the National Academy of Science. 2019. V. 116. № 26. P. 12654-12659. https://doi.org/10.1073/pnas.1821231116Wei J., Ge Q., Yao R., Wen Z., Fang C., Guo L., Xu H., Sun J. Theoretical models of nonlinear effects in two-component cooperative supramolecular copolymerizations // Nature Commun. 2017. V. 8. № 1. P. 1-9. https://doi.org/10.1038/ncomms1517Hwang S.M., Han S.J., Min J.E., Park H.G., Jun K.W., Kim S.K. Mechanistic insights into Cu and K promoted Fe-catalyzed production of liquid hydrocarbons via CO2 hydrogenation // J. CO2 Util. 2019. V. 34. P. 522-532. https://doi.org/10.1016/J.JCOU.2019.08.004Guo L., Cui Y., Zhang P., Peng X., Yoneyama Y., Yang G., Tsubaki N. Enhanced liquid fuel production from CO2 hydrogenation: catalytic performance of bimetallic catalysts over a two-stage reactor system // ChemistrySelect. 2018. V. 3. № 48. P. 13705-13711. https://doi.org/10.1002/SLCT.201803335Shan R., Han J., Gu J., Yuan H., Luo B., Chen Y. A review of recent developments in catalytic applications of biochar-based materials // Resour. Conserv. Recycl. 2020. V. 162. P. 105036. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.105036Kumar M., Xiong X., Sun Y., Yu I.K., Tsang D.C., Hou D., Gupta J., Bhaskar T., Pandey A. Critical review on biochar-supported catalysts for pollutant degradation and sustainable biorefinery // Adv. Sustain. Syst. 2020. V. 4. P. 1900149. https://doi.org/10.1002/adsu.201900149Kuz'min A.E., Pichugina D.A., Kulikova M.V., Dement'eva O.S., Nikitina N.A., Maksimov A.L.A possible role of paramagnetic states of iron carbides in the fischer-tropsch synthesis selectivity of nanosized slurry catalysts // J. of Catalysis. 2019. V. 380. P. 32-42. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.09.033