Разработка Ni

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 12928 (2023) Цитировать эту статью

305 Доступов

Подробности о метриках

Биогаз широко рассматривается как многообещающий источник возобновляемой энергии. В последнее время прямая конверсия биогаза с использованием гетерогенных катализаторов для одновременного производства синтез-газа и углеродных нанотрубок демонстрирует высокий потенциал для полного использования биогаза с большими преимуществами. При использовании комбинированного сухого риформинга метана и каталитического разложения метана эффективность процесса сильно зависит от активности/стабильности катализатора, что в основном вызвано отложением углерода. В этом исследовании Ni-Mo катализатор спроектирован таким образом, чтобы обеспечить работоспособность на протяжении всего срока службы и высокую активность в комбинированном процессе. Модификация поверхности катализаторов путем контролируемой предварительной обработки науглероживанием предлагается впервые для получения карбидного катализатора наряду с улучшением стабильности катализатора, а также реакционной способности для прямой конверсии биогаза. Исследованы характеристики свежеприготовленных карбидных катализаторов в сравнении с оксидными и металлическими. В результате катализатор Ni–Mo2C продемонстрировал превосходную активность и стабильность по сравнению со своими аналогами, даже несмотря на то, что конденсированный наноуглерод в значительной степени был выращен и покрыт на поверхности. Кроме того, до 82% конверсии CH4 и 93% конверсии CO2 могут оставаться почти постоянными при 800 °C в течение всего испытательного периода продолжительностью 3 часа при высоком расходе входящего потока чистого биогаза при расходе 48 000 см3 г-1 ч-1. . РФЭС-спектры катализаторов подтвердили, что присутствие частиц Mo2C на поверхности катализатора может способствовать стабильности и реакционной способности катализатора, что приводит к более высокой производительности углеродных нанотрубок в течение более длительного времени.

Резкий рост населения мира и радикальная промышленная трансформация считаются основной причиной экспоненциального роста общего спроса на энергию. Действительно, в гигантской части мировых поставок энергии преобладает сжигание ископаемого топлива, которое, как ожидается, станет одним из важнейших источников выбросов CO2 и приведет к экологическим проблемам. Тем временем водород получает дальнейшее признание во всем мире как энергоноситель и потенциальное топливо, которое обещает сократить потребление традиционных видов ископаемого топлива. Более того, он предлагает экологически чистые решения для устойчивого развития технологии топливных элементов1,2,3. В настоящее время предложено множество возможных путей производства водорода, таких как паровой риформинг, частичное окисление, газификация угля, пиролиз углеводородов и т. д.4,5,6,7. Помимо традиционного производства возобновляемой энергии, сухой риформинг метана (DRM) в уравнении. (1) все больше изучается и считается наиболее привлекательным способом использования биогаза и получения смесей синтез-газа (H2 + CO). Это связано с тем, что он может обеспечить синтез-газ с соотношением H2/CO, близким к 1,0, особенно за счет снижения выбросов двух основных парниковых газов8,9.

Было обнаружено, что активные металлы из таких групп, как Ru, Rh, Ir, Pd и Pt, обладают превосходной реакционной способностью и стабильными характеристиками с высокой устойчивостью к образованию кокса в DRM. С одной стороны, неэкономичная стоимость этих катализаторов из драгоценных металлов и их ограниченная доступность делают их непригодными для коммерческого масштабирования10. С другой стороны, нанесенные катализаторы на основе Ni гораздо предпочтительнее из-за их доступной цены и сопоставимой активности с активностью благородных металлов11,12,13,14. Тем не менее, дезактивация активной фазы под воздействием отравления углеродом, происходящая главным образом в процессе риформинга, является основным интенсивным недостатком таких катализаторов риформинга15. В связи с этим большинство исследований было проведено с акцентом на способы предотвращения нежелательных углеродистых отложений на поверхности катализатора16,17,18,19. В нашей предыдущей работе20 мы успешно предложили эффективный подход к преодолению этой важной проблемы путем преобразования осажденного углерода в ценные наноматериалы, такие как углеродные нанотрубки (УНТ), которые можно одновременно стимулировать наряду с реакцией каталитического разложения метана (CDM), как показано в уравнении (2). Результаты показали, что использование биметаллических катализаторов Ni-Mo/MgO показало выдающиеся каталитические характеристики при 800 ° C при конверсии биогаза в синтез-газ с высоким содержанием H2 и многостенные углеродные нанотрубки (MWCNT) посредством интегративных процессов между сухим риформингом метана. и каталитическое разложение метана. Несмотря на это, с долгосрочной практической точки зрения, казалось, стало очевидным значительное снижение скоростей реакций CH4 и CO2. Такое поведение деградации можно объяснить дезактивацией катализатора при работе в течение 20 часов. Следовательно, существует желание дальнейшей разработки катализатора, который был бы недорогим, имел бы хорошие характеристики и позволял бы выдерживать воздействие в течение длительного времени.