Кобальт-самариевые катализаторы углекислотной конверсии метана: зависимость показателей процесса от содержания кобальта

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Исследовано поведение в катализе углекислотной (УКМ) конверсии метана в синтез-газ кобальт-самариевых оксидных композитов, содержащих 0.5 и 1 мас.% кобальта. Показано, что использование оксидных композитов с содержанием кобальта менее 1 мас.% не приводит к получению стабильного катализатора УКМ, демонстрирующего количественные выходы синтез-газа. Содержание кобальта 1–2 мас.% является оптимальным и позволяет получать высокоэффективные, стабильные и не подверженные зауглероживанию катализаторы УКМ.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Алексей Георгиевич Дедов

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН; Российский государственный университет нефти и газа (Научно-исследовательский университет) имени И.М. Губкина

Email: al57@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-8086-2345

д.х.н., академик РАН, зав. лаб. № 3 ИНХС РАН, зав. кафедрой общей и неорганической химии РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина

Russian Federation, Москва, 119991; Москва, 119991

Алексей Сергеевич Локтев

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН; Российский государственный университет нефти и газа (Научно-исследовательский университет) имени И.М. Губкина

Author for correspondence.
Email: al57@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-5841-8085

д.х.н., проф., г.н.с. ИНХС РАН

Russian Federation, Москва, 119991; Москва, 119991

Михаил Арнольдович Быков

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: genchem@gubkin.ru
ORCID iD: 0000-0002-5000-9199

н.с., химический факультет

Russian Federation, Москва, 119991

Алексей Александрович Садовников

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: al57@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-3574-0039

м.н.с. 

Russian Federation, Москва, 119991

Кирилл Алексеевич Чередниченко

Российский государственный университет нефти и газа (Научно-исследовательский университет) имени И.М. Губкина

Email: al57@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-1868-8232

к.х.н., с.н.с. 

Russian Federation, Москва, 119991

Георгий Александрович Шандрюк

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: al57@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-4349-5296

с.н.с. 

Russian Federation, Москва, 119991

References

  1. Stenina I., Yaroslavtsev A. Modern technologies of hydrogen production // Processes. 2023. V. 11. № 1. ID 56. https://doi.org/10.3390/pr11010056
  2. Chen L., Qi Z., Zhang S., Su J., Somorjai G.A. Catalytic hydrogen production from methane: a review on recent progress and prospect // Catalysts. 2020. V. 10. Р. 858. https://doi.org/10.3390/catal10080858
  3. Hussien A.G.S., Polychronopoulou K. A review on the different aspects and challenges of the dry reforming of methane (DRM) reaction // Nanomaterials. 2022. V. 12. Р. .3400. https://doi.org/10.3390/nano12193400
  4. Salaev M.A., Liotta L.F., Vodyankina O.V. Lanthanoid-containing Ni-based catalysts for dry reforming of methane: a review // Int. J. of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. ID 4489–4535. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.11.086
  5. Ranjekar A.M., Yadav G.D. Dry reforming of methane for syngas production: a review and assessment of catalyst development and efficacy // J. of the Indian Chemical Soc. 2021. V. 98. Iss. 1. ID 100002. https://doi.org/10.1016/j.jics.2021.100002
  6. Bhattar S., Abedin Md.A., Kanitkar S., Spivey J.J. A review on dry reforming of methane over perovskite derived catalysts // Catal. Today. 2021. V. 365. P. 2–23. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2020.10.041
  7. Jung S., Lee J., Moon D.H., Kim K.-H., Kwon E.E. Upgrading biogas into syngas through dry reforming // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021. V. 143. ID 110949. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110949
  8. Li Z., Lin Q., Li M., Cao J., Liu F., Pan H., Wang Z., Kawi S. Recent advances in process and catalyst for CO 2 reforming of methane // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. V. 134. ID 110312. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110312
  9. Yentekakis I.V., Panagiotopoulou P., Artemakis G. A review of recent efforts to promote dry reforming of methane (DRM) to syngas production via bimetallic catalyst formulations // Applied Catalysis B: Environmental. 2021. V. 296. ID 120210. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120210
  10. Wang C., Wang Y., Chen M., Liang D., Yang Z., Cheng W., Tang Z., Wang J., Zhang H. Recent advances during CH 4 dry reforming for syngas production: a mini review // Int. J. of Hydrogen Energy. 2021. V. 46. Iss. 7. P. 5852–5874. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.10.240
  11. Gao Y., Jiang J., Meng Y., Yan F., Aihemaiti A. A review of recent developments in hydrogen production via biogas dry reforming // Energy Conversion and Management. 2018. V. 171. P. 133–155. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.05.083
  12. le Saché E., Reina T.R. Analysis of dry reforming as direct route for gas phase CO 2 conversion. The past, the present and future of catalytic DRM technologies // Progress in Energy and Combustion Science. 2022. V. 89. I. ID 100970. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2021.100970
  13. Guo S., Sun Y., Zhang Y., Zhang C., Li Y., Bai J. Bimetallic nickel-cobalt catalysts and their application in dry reforming reaction of methane // Fuel. 2024. V. 358. Part B. ID 130290. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.130290
  14. Cai Y., Zhang Y., Zhang X., Wang Y., Zhao Y., Li G., Zhang G. Recent advances in Ni-based catalysts for CH 4 – CO 2 reforming (2013–2023) // Atmosphere. 2023. V. 14. ID 1323. https://doi.org/10.3390/atmos14091323
  15. Mortensen P.M., Dybkjær I. Industrial scale experience on steam reforming of CO 2 -rich gas // Applied Catalysis A: General. 2015. V. 495. P. 141–151. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2015.02.022
  16. Dedov A.G., Loktev A.S., Arkhipova, V.A., Bykov, M.A., Sadovnikov A.A., Cherednichenko K.A., Shandryuk G.A. A new approach to the preparation of stable oxide-composite cobalt–samarium catalysts for the production of hydrogen by dry reforming of methane // Processes. 2023. V. 11. Iss 8. 2296. https://doi.org/10.3390/pr11082296
  17. Локтев А.С., Архипова В.А., Быков М.А., Садовников А.А., Дедов А.Г. Кобальт-самариевый оксидный композит – новый эффективный катализатор кислородной и углекислотной конверсии метана в синтез-газ // Нефтехимия. 2023. Т. 63. № 1. С. 88–99. https://doi.org/10.31857/S0028242123010082 [Loktev A.S., Arkhipova V.A., Bykov M.A., Sadovnikov A.A., Dedov A.G. Cobalt-samarium oxide composite as a novel high-performance catalyst for partial oxidation and dry reforming of methane into synthesis gas // Petrol. Chemistry. 2023. V. 63. P. 317–326. https://doi.org/10.1134/S0965544123010048].
  18. Olusola J.O., Sudip M. Temperature programme reduction (TPR) studies of cobalt phases in γ-alumina supported cobalt catalysts // J. of Petrol. Technol. and Alternative Fuels. 2016. V. 7. P. 1–12. https://doi.org/10.5897/JPTAF2015.0122
  19. Osazuwa O.U., Cheng C.K. Catalytic conversion of methane and carbon dioxide (greenhouse gases) into syngas over samarium-cobalt-trioxides perovskite catalyst // J. of Cleaner Production. 2017. V. 148. P. 202–211. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.01.177
  20. Ma F., Chen Y., Lou H. Characterization of perovskite-type oxide catalysts RECoO 3 by TPR // React. Kinet. Catal. Lett. 1986. V. 31. P. 47–53.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Powder diffraction pattern of freshly prepared 1% Co/Sm2O3 composite.

Download (14KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Results of temperature-programmed reduction with hydrogen of freshly prepared 1% Co/Sm2O3 (a) and 0.5% Co/Sm2O3 (b).

Download (17KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the results of the UCM (a, b) on temperature in the presence of a 1% Co/Sm2O3 catalyst: (a) conversion of CH4 and CO2; (b) yields of CO and H2.

Download (36KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the results of the UCM (a, b) on the duration of the experiment in the presence of a 1% Co/Sm2O3 catalyst at 900°C: (a) conversion of CH4 and CO2; (b) yields of CO and H2.

Download (30KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the yields of CO and H2 on the duration of the experiment in the presence of a 0.5% Co/Sm2O3 catalyst at 900°C.

Download (18KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Diffraction patterns of catalyst powders: (a) 1% Co/Sm2O3; (b) 0.5% Co/Sm2O3, worked out in the UCM reaction at 900°C.

Download (27KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Curves of change in the mass of spent catalysts in the UKM during heating in an air flow: (a) 1% Co/Sm2O3, (b) 0.5% Co/Sm2O3.

Download (16KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. SEM micrographs of spent catalysts: (a) 1% Co/Sm2O3; (b) 0.5% Co/Sm2O3.

Download (32KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. TEM micrographs of spent catalysts: (a) 1%Co/Sm2O3, (b) 0.5%Co/Sm2O3.

Download (41KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Results of TEM-EDA of the spent catalyst 1% Co/Sm2O3: overview spectrum of elements, mapping of elements.

Download (38KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Results of TEM-EDA of the spent catalyst 0.5% Co/Sm2O3: overview spectrum of elements, mapping of elements.

Download (39KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences