بهبود پايداري، فعاليت و گزينش‌پذيري از طريق ايجاد گروه‌هاي عاملي در نانوكاتاليست كبالت بر پايه نانو لوله كربني در فرآيند فيشر-تروپش

Improving Fischer-Tropsch Synthesis Stability, Activity, and Selectivity Using Functionalized CNT-supported Cobalt Catalyst

در اين مقاله اثر ايجاد گروه‎هاي عاملي بر روي سطح پايه نانو لوله كربني به عنوان پارامتر موثر در توزيع بهتر فاز فعال در كاتاليست‎هاي كبالت، مورد بررسي قرار گرفته است. كاتاليست‌هاي مورد نظر روي پايه نانو لوله كربني معمولي و عامل‌دار شده با بارگذاري 10% وزني كبالت ساخته شد. كاربرد اين كاتاليست‌ها در سنتز فيشر- تروپش نشان داده كه تزريق هم‌زمان هيدروژن و مونوكسيدكربن به نسبت 2 به 1 باعث بهبود فعاليت، گزينش‌پذيري و پايداري كاتاليست مي‌شود. كاتاليست با روش‌هاي مختلف آناليز شده كه اين روش‌ها شامل آناليز XRDا، TEM، جذب شيميايي هيدروژن، TPR، آزمايشات سنجش فعاليت، گزينش‌پذيري و پايداري كاتاليست مي‌باشد. منحني TPR نشان مي‌دهد كه كاتاليست كبالت روي نانو لوله كربني عامل‌دار شده نسبت به كاتاليست كبالت روي نانو لوله كربني معمولي، داراي ذرات كنترل شده‎تر فاز فعال بوده و اين ذرات دماهاي پيك احيا را به سمت دماهاي پايين‌تر انتقال مي‎دهند كه نشانه توزيع بهتر كبالت و احيا ‌پذيري بهتر ذرات فاز فعال در اين نوع كاتاليست‌ها مي‌باشد. همچنين اين توزيع بهتر و يكنواخت فاز فعال، باعث بهتر شدن عملكرد اين كاتاليست در فرآيند فيشر- تروپش مي‌گردد. در يك مقايسه انجام شده، ميزان توليد محصولات سنتز فيشر- تروپش از 35/0 به (Hyd./g cat./min .g) 43/0، ميزان درصد تبديل مونوكسيد كربن از 8/52 به 5/62%، ميزان گزينش‌پذيري C5+ از 85 به90% افزايش يافت و همچنين ميزان گزينش‌پذيري CH4 از 11 به 5% كاهش يافته است: همچنين پايداري كاتاليست به ميزان قابل ملاحظه‌اي در طول 120 ساعت واكنش نسبت به كاتاليست كبالت بر پايه نانو لوله كربني معمولي افزايش يافته است.

The influence of functionalizing carbon nanotube (CNT) of CNT-supported nanocatalyst in Fischer-Tropsch synthesis (FTS) has been investigated. The catalysts were synthesized by the wet impregnation of 10 wt.% of cobalt loading over CNT and functionalized CNT. The catalysts were characterized by using BET, XRD, H2 chemisorption, TPR, and TEM. According to the TEM analysis, smaller cobalt particles (3-8 nm) synthesized on functionalized CNT had very narrow particle size distributions and were mostly confined inside the CNT. The deposition of cobalt nanoparticles synthesized on functionalized CNT shifted the reduction peaks to a lower temperature, indicating higher reducibility of uniform cobalt particles. Using the proposed functionalized CNT-supported cobalt catalyst increased the FTS rate (g HC/gcat./hr), Co conversion (%), and C5+ selectivity (%) from 0.35 to 0.43, 52.8 to 62, and 85 to 90 respectively; however, CH4 selectivity (%) decreased from 11 to 5 compared to that of the catalyst prepared on conventional CNT. This new catalyst preparation method may offer an attractive alternative approach to nanoparticle synthesis with uniform and various size distributions.