Design of Metal Catalysts for Carbon Monoxide Hydrogenation with High Activity, Selectivity and Stability PDF Download
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Author: Bang Gu Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
Book Description
La synthèse de Fischer-Tropsch (FT) est l'un des moyens les plus pratiques de convertir les ressources carbonées alternatives, telles que le charbon, la biomasse, le gaz naturel et le gaz de schiste, en carburants et en produits chimiques à haute valeur ajoutée via le gaz de synthèse. Les hydrocarbures issus de la synthèse FT suivent une distribution large Anderson-Schulz-Flory (ASF). C'est donc un grand défi d'améliorer la sélectivité en hydrocarbures spécifiques. En plus de la sélectivité, la stabilité insuffisante des catalyseurs restreint une large implémentation de la synthèse FT dans l'industrie.Les effets dus à la promotion des catalyseurs au fer supporté par des nanotubes de carbone au bismuth et au plomb sur la synthèse directe d'oléfines légères à partir de gaz de synthèse ont été étudiés dans le chapitre 3. Par rapport aux catalyseurs au fer non promus, une vitesse de réaction de Fischer-Tropsch deux fois plus importante et une sélectivité considérablement plus élevée ont été observées. Une migration remarquable des promoteurs lors de l'activation du catalyseur et une décoration des nanoparticules de carbure de fer par les promoteurs ont été mis en évidence.Dans le chapitre 4, en utilisant un large éventail de techniques ex situ et in situ, nous avons découvert, plusieurs effets synergiques majeurs issus du nanoconfinement du fer dans les nanotubes de carbone et de sa promotion au bismuth et au plomb sur la structure et les performances catalytiques. Le nanoconfinement du fer dans les nanotubes de carbone, associé à la promotion au Bi ou au Pb, permet d'obtenir un rendement en oléfines légères dix fois plus élevé. Le nanoconfinement conduit principalement à des meilleures dispersion et stabilité, tandis que l'activité intrinsèque du fer (TOF) reste inchangée. La promotion au Bi et au Pb entraîne une augmentation majeure du TOF dans les catalyseurs confinés et non confinés. Apres l'optimisation, la synthèse Fischer-Tropsch se produit sous pression atmosphérique avec une conversion élevée et une sélectivité accrue en oléfines légères sur les catalyseurs promus et confinés.Dans le chapitre 5, nous avons examiné l'effet de la taille des particules de fer dans les catalyseurs confinés sur la conversion du gaz de synthèse en oléfines Nous avons démontré d'un part, que le TOF augmente lors que la taille des nanoparticules de fer confinés promues ou non-promues augmente de 2.5 à 12 nm. D'autre part, la sélectivité en olefines légères dépend fortement de la promotion. Dans les catalyseurs non-promus, la taille des particules de fer encapsulées dans les nanotubes de carbone ne produit aucun effet notable sur la sélectivité en oléfines légères, tandis que dans les catalyseurs promus au Bi et au Pb, la sélectivité en oléfines légères était supérieure sur les petites nanoparticules de fer et diminuait avec l'augmentation de la taille de nanoparticules.Dans le chapitre 6, nous avons élaboré une nouvelle approche pour la synthèse d'oléfines alpha linéaires lors de la synthèse de FT à basse température sur les catalyseurs à base de Co. Nous avons constaté que la co-alimentation du syngas en acides carboxyliques induisait une modification de la sélectivité et son déplacement vers les oléfines alpha. La sélectivité en olefines alpha atteint 39 % en présence des acides.En fin, nous avons proposé une nouvelle stratégie pour améliorer considérablement la stabilité des catalyseurs Co et Ni pour l'hydrogénation du CO via leur promotion au bismuth. Les catalyseurs promus ont démontré une stabilité exceptionnelle lors de la réaction. Les expériences menées ont révélé l'auto-régénération continue du catalyseur au cours de la réaction via l'oxydation du carbone déposé par l'oxygène généré lors de la dissociation du CO à l'interface de nanoparticules métalliques et du promoteur de bismuth. La formation d'une couche de bismuth protégeait également les nanoparticules métalliques du frittage.
Author: Bang Gu Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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La synthèse de Fischer-Tropsch (FT) est l'un des moyens les plus pratiques de convertir les ressources carbonées alternatives, telles que le charbon, la biomasse, le gaz naturel et le gaz de schiste, en carburants et en produits chimiques à haute valeur ajoutée via le gaz de synthèse. Les hydrocarbures issus de la synthèse FT suivent une distribution large Anderson-Schulz-Flory (ASF). C'est donc un grand défi d'améliorer la sélectivité en hydrocarbures spécifiques. En plus de la sélectivité, la stabilité insuffisante des catalyseurs restreint une large implémentation de la synthèse FT dans l'industrie.Les effets dus à la promotion des catalyseurs au fer supporté par des nanotubes de carbone au bismuth et au plomb sur la synthèse directe d'oléfines légères à partir de gaz de synthèse ont été étudiés dans le chapitre 3. Par rapport aux catalyseurs au fer non promus, une vitesse de réaction de Fischer-Tropsch deux fois plus importante et une sélectivité considérablement plus élevée ont été observées. Une migration remarquable des promoteurs lors de l'activation du catalyseur et une décoration des nanoparticules de carbure de fer par les promoteurs ont été mis en évidence.Dans le chapitre 4, en utilisant un large éventail de techniques ex situ et in situ, nous avons découvert, plusieurs effets synergiques majeurs issus du nanoconfinement du fer dans les nanotubes de carbone et de sa promotion au bismuth et au plomb sur la structure et les performances catalytiques. Le nanoconfinement du fer dans les nanotubes de carbone, associé à la promotion au Bi ou au Pb, permet d'obtenir un rendement en oléfines légères dix fois plus élevé. Le nanoconfinement conduit principalement à des meilleures dispersion et stabilité, tandis que l'activité intrinsèque du fer (TOF) reste inchangée. La promotion au Bi et au Pb entraîne une augmentation majeure du TOF dans les catalyseurs confinés et non confinés. Apres l'optimisation, la synthèse Fischer-Tropsch se produit sous pression atmosphérique avec une conversion élevée et une sélectivité accrue en oléfines légères sur les catalyseurs promus et confinés.Dans le chapitre 5, nous avons examiné l'effet de la taille des particules de fer dans les catalyseurs confinés sur la conversion du gaz de synthèse en oléfines Nous avons démontré d'un part, que le TOF augmente lors que la taille des nanoparticules de fer confinés promues ou non-promues augmente de 2.5 à 12 nm. D'autre part, la sélectivité en olefines légères dépend fortement de la promotion. Dans les catalyseurs non-promus, la taille des particules de fer encapsulées dans les nanotubes de carbone ne produit aucun effet notable sur la sélectivité en oléfines légères, tandis que dans les catalyseurs promus au Bi et au Pb, la sélectivité en oléfines légères était supérieure sur les petites nanoparticules de fer et diminuait avec l'augmentation de la taille de nanoparticules.Dans le chapitre 6, nous avons élaboré une nouvelle approche pour la synthèse d'oléfines alpha linéaires lors de la synthèse de FT à basse température sur les catalyseurs à base de Co. Nous avons constaté que la co-alimentation du syngas en acides carboxyliques induisait une modification de la sélectivité et son déplacement vers les oléfines alpha. La sélectivité en olefines alpha atteint 39 % en présence des acides.En fin, nous avons proposé une nouvelle stratégie pour améliorer considérablement la stabilité des catalyseurs Co et Ni pour l'hydrogénation du CO via leur promotion au bismuth. Les catalyseurs promus ont démontré une stabilité exceptionnelle lors de la réaction. Les expériences menées ont révélé l'auto-régénération continue du catalyseur au cours de la réaction via l'oxydation du carbone déposé par l'oxygène généré lors de la dissociation du CO à l'interface de nanoparticules métalliques et du promoteur de bismuth. La formation d'une couche de bismuth protégeait également les nanoparticules métalliques du frittage.
Author: Jonathan Leon Snider Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages :
Book Description
As human population and industrialization grows, so too do our global demands for fuels and chemicals. Increasing consumption of fossil fuels has led to rising CO2 levels in the atmosphere, a major challenge due to the role of CO2 as a significant greenhouse gas contributing to climate change. To address anthropogenic CO2 production, new processes to capture, sequester, and utilize carbon dioxide are needed. CO2 utilization in particular is an attractive approach as it also creates a value-added product. This utilization could take the form of direct CO2 hydrogenation or a two-step process whereby the CO2 is first converted to CO via the water-gas shift reaction. To enable these processes, the discovery and development of efficient catalysts that can selectively reduce CO and CO2 to high value, oxygenated products is necessary. Towards this goal, the investigation of new catalyst formulations is crucial. Furthermore, the characterization of these materials is necessary to understand the drivers of catalyst performance and predict future targets for study. In Chapter 3, we begin with an investigation into the design of Co-Cu catalysts for CO hydrogenation to higher alcohols. To improve control over particle properties, a liquid phase nanoparticle synthesis based on the polyol method was selected to synthesize Co2.5Cu particles, which were then supported onto a variety of metal oxide supports. The results show alloyed phases were obtained using the polyol method, resulting in selectivity towards higher alcohols, as high as 11.3% when supported on alumina. However, segregation of cobalt and the formation of cobalt carbide were observed in the catalysts after catalytic testing, which limit performance compared to the desired alloy phase. In Chapter 4, our focus shifts towards understanding the surface properties of a newly discovered Ni5Ga3 catalyst for CO2 hydrogenation to methanol. Results revealed that upon air exposure Ga migrates from the subsurface region to the surface of the nanoparticles forming a Ga-oxide shell surrounding a metallic core. Reduction of this shell results in a surface enrichment of Ga. By varying reduction temperatures, it was found that partial reductions gave low CO uptakes but high methanol activity, indicating a promotional effect of the oxide phase. In Chapter 5, the investigation into the role of metal oxides in methanol synthesis continues with a study of In-Pd catalysts. We present the promotional effect of Pd on In2O3 catalysts and investigate structure-performance relationships therein. Catalysts were synthesized with varying In:Pd ratios, and it was found that In2Pd/SiO2 showed the highest activity (5.1 umol MeOH/gInPd/sec) and selectivity toward methanol (61%). Based on microkinetic modeling, operando X-ray absorption spectroscopy and ex situ characterization, the active phase is proposed to be a bimetallic In-Pd particle with a Pd-rich core and a surface In2O3 phase. A non-precious metal containing In-Ni system was also developed and displayed similar composition-activity trends to the In-Pd system. Both palladium and nickel were found to form a bimetallic catalyst with enhanced methanol activity and selectivity relative to indium oxide. Overall, this dissertation presents catalyst syntheses, advanced characterizations, and catalytic hydrogenation experiments which led to fundamental insights into the activity and selectivity of heterogeneous, bimetallic catalysts for alcohols synthesis. This work provides key understanding towards the development of catalyst theory and materials for the hydrogenation of CO and CO2.
Author: F.R. Hartley Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 9400952473 Category : Science Languages : en Pages : 331
Book Description
It is now IS years since the first patents in polymer supported metal complex catalysts were taken out. In the early days ion-exchange resins were used to support ionic metal complexes. Soon covalent links were developed, and after an initially slow start there was a period of explosive growth in the mid to late 1970s during which virtually every homogeneous metal complex catalyst ever reported was also studied bound to a support. Both polymers and inorganic oxides were studied as supports, although the great preponderance of workers studied polymeric supports, and of these polystyrene was by far the commonest used. This period served to show that by very careful design polymer-supported metal complex catalysts could have specific advantages over homogeneous metal complex catalysts. However the subject was a complicated one. Merely immobilising a successful metal complex catalyst to a functionalised support rarely yielded other than an inferior version of the catalyst. Amongst the many discouraging results of the 1970s, there were more than enough results that were sufficiently encouraging to demonstrate that, by careful design, supported metal complex catalysts could be prepared in which both the metal complex and the support combined together to produce an active catalyst which, due to the combination of support and complex, had advantages of activity, selectivity and specificity not found in homogeneous catalysts. Thus a new generation of catalysts was being developed.
Author: Annemie Bogaerts Publisher: MDPI ISBN: 3038977500 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 248
Book Description
Plasma catalysis is gaining increasing interest for various gas conversion applications, such as CO2 conversion into value-added chemicals and fuels, N2 fixation for the synthesis of NH3 or NOx, methane conversion into higher hydrocarbons or oxygenates. It is also widely used for air pollution control (e.g., VOC remediation). Plasma catalysis allows thermodynamically difficult reactions to proceed at ambient pressure and temperature, due to activation of the gas molecules by energetic electrons created in the plasma. However, plasma is very reactive but not selective, and thus a catalyst is needed to improve the selectivity. In spite of the growing interest in plasma catalysis, the underlying mechanisms of the (possible) synergy between plasma and catalyst are not yet fully understood. Indeed, plasma catalysis is quite complicated, as the plasma will affect the catalyst and vice versa. Moreover, due to the reactive plasma environment, the most suitable catalysts will probably be different from thermal catalysts. More research is needed to better understand the plasma–catalyst interactions, in order to further improve the applications.
Author: Jean-Marie Basset Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 9400929714 Category : Science Languages : en Pages : 340
Book Description
Surface organometallic chemistry is a new field bringing together researchers from organometallic, inorganic, and surface chemistry and catalysis. Topics ranging from reaction mechanisms to catalyst preparation are considered from a molecular basis, according to which the "active site" on a catalyst surface has a supra-molecular character. This. the first book on the subject, is the outcome of a NATO Workshop held in Le Rouret. France, in May. 1986. It is our hope that the following chapters and the concluding summary of recommendations for research may help to provide a definition of surface organometallic chemistry. Besides catalysis. the central theme of the Workshop, four main topics are considered: 1) Reactions of organometallics with surfaces of metal oxides, metals. and zeolites; 2) Molecular models of surfaces, metal oxides, and metals; 3) Molecular approaches to the mechanisms of surface reactions; 4) Synthesis and modification of zeolites and related microporous solids. Most surface organometallic chemistry has been carried out on amorphous high-surf ace-area metal oxides such as silica. alumina. magnesia, and titania. The first chapter. contributed by KNOZINGER. gives a short summary of the structure and reactivity of metal oxide surfaces. Most of our understanding of these surfaces is based on acid base and redox chemistry; this chemistry has developed from X-ray and spectroscopic data, and much has been inferred from the structures and reactivities of adsorbed organic probe molecules. There are major opportunities for extending this understanding by use of well-defined (single crystal) oxide surfaces and organometallic probe molecules.
Author: Y. Iwasawa Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 9789027718662 Category : Science Languages : en Pages : 358
Book Description
Well tailored metal catalysts are catalysts of the new generation resulting from scientific development at the boundary between homogeneous and hetero geneous chemistry. The main factors involved in making tailored metal catalysts are not those of traditional impregnation in which the chemistry is in general unknown and ill-defined, or of simple ion exchange which involves long-range forces with little control on the local structure through definite and special bond direction. Tailored Metal Catalysts thus has a rather different emphasis from normal review publications in the field of catalysis. Here we concentrate more on the distinct surface chemistry and catalytic properties of important established materials with well-characterized active structures or precursors, although at the same time providing a systematic presentation of relevant data. Many pioneering works have been undertaken in the field of tailored metal catalysts since the early research on polymer-attached homogeneous metal complexes by the British Petroleum Company Ltd. and the Mobil Oil Corpora tion around 1969; transition metal complexes attached on polymers by Grubbs (1971), Heinemann (1971), Manassen (1971), Pittman (1971), Bursian et al. (1972), Kagan (1973), Bailar (1974); transition metal complexes attached on inorganic oxides by Allum et al. (1972), Ballard (1973), Candlin and Thomas (1974), Murrell (1974), Yermakov (1974); metal carbonyls/polymers by Moffat (1970); metal carbonyls/inorganic oxides by Parkyns (1965), Davie et al. (1969), Banks et al. (1969), Howe (1973), Burwell (1975); metal carbonyl clusters/ polymers by Colhnan (1972); metal carbonyl clusters/inorganic oxides by Robertson and Webb (1974), Anderson (1974), Smith et al. (1975).
Author: Rafael Luque Publisher: Royal Society of Chemistry ISBN: 1788014901 Category : Science Languages : en Pages : 370
Book Description
This book presents an introduction to the preparation and characterisation of nanomaterials and their design for specific catalytic applications.
Author: André Steynberg Publisher: Elsevier ISBN: 0080472796 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 722
Book Description
Fischer-Tropsch Technology is a unique book for its state-of-the-art approach to Fischer Tropsch (FT) technology. This book provides an explanation of the basic principles and terminology that are required to understand the application of FT technology. It also contains comprehensive references to patents and previous publications. As the first publication to focus on theory and application, it is a contemporary reference source for students studying chemistry and chemical engineering. Researchers and engineers active in the development of FT technology will also find this book an invaluable source of information. * Is the first publication to cover the theory and application for modern Fischer Tropsch technology * Contains comprehensive knowledge on all aspects relevant to the application of Fischer Tropsch technology* No other publication looks at past, present and future applications
Author: Bang Gu
Author: Bang Gu
Author: Jonathan Leon Snider
Author: F.R. Hartley
Author: Annemie Bogaerts
Author: Jean-Marie Basset
Author: Gisela Henrici-Olivé
Author: Y. Iwasawa
Author: Rafael Luque
Author: Clarence D. Chang
Author: André Steynberg