مقايسه روش هاي تلقيح و سل- ژل در سنتز و تعيين خصوصيات فيزيكي و شيميايي نانوكاتاليست Ni/Al2O3 جهت استفاده در فرآيند ريفورمينگ خشك متان

A Comparative Synthesis and Physicochemical Characterizations of Ni/Al2O3 Nanocatalyst via Sequential Impregnation and Sol-Gel Methods Used for Dry Reforming of Methane

مصرف بيوگاز در فرآيند ريفورمينگ خشك متان در حضور كاتاليستي فعال و پايدار، داراي مزاياي اقتصادي و محيط زيستي فراواني است. كاتاليست Ni/Al2O3 عليرغم داشتن فعاليت بالا در ريفورمينگ خشك متان، داراي پايداري ضعيفي در اين فرآيند بوده كه دلايل آن كك گرفتگي و كلوخه شدن فاز فعال مي باشد. لذا در اين پژوهش تاثير روش سنتز (تلقيح و سل-ژل) بر خواص فيزيكي-شيميايي، فعاليت و پايداري كاتاليست Ni/Al2O3 مورد بررسي قرار گرفته است. ارزيابي خواص فيزيكي-شيميايي نانوكاتاليست ها توسط آناليزهاي PSD ،BET ،FTIR FESEM ،XRD و TG-DTG نشان داد، روش سل-ژل سبب توليد فاز آمورف، توزيع يكنواخت نانو ذرات و سطح ويژه بالاتري نسبت به روش تلقيح گرديد. آناليز FTIR حضور گروه هاي عاملي مطلوب بر سطح كاتاليست ها و عدم توليد تركيبات اسپينل را به همراه آناليز XRD اثبات كرد. آناليز PSD نشان داد سنتز Ni/Al2O3 به روش سل-ژل ذراتي كوچكتر از 60nm توليد كرده است. در نتيجه روش سنتز كاتاليست تاثير بسزايي بر خواص فيزيكي-شيميايي كاتاليست مانند بلورينگي، مورفولوژي و سطح ويژه كاتاليست ها داشته است. عملكرد كاتاليست ها با نسبت 1=CO2/CH4ا، l/g.h 24=GHSV و در دماي 550 تا C°850 ارزيابي شد و پايداري آن ها در hr24 و در دماي C° 850 انجام پذيرفت. نتايج نشان دادند، كاتاليست هاي سنتز شده به روش سل-ژل داراي بهترين عملكرد بودند. گاز سنتز با نسبت بسيار نزديك به يك (0/99) در كاتاليست Ni/Al2O3 تهيه شده به روش سل-ژل به دست آمد و كاهش فعاليت آن كمتر از مقدار كاهش در كاتاليست تهيه شده به روش تلقيح بود.

The use of Biogas as a feed for dry reforming of methane has many environmental and economical advantages. Despite the high activity and low cost of Ni/Al2O3 catalyst, it shows pour stability due to coke deposition and active phase sintering. In this study, the effect of the synthesis method (impregnation vs. sol-gel) was evaluated on (1) physicochemical properties, (2) activity and (3) stability of Ni/Al2O3 catalyst. Extraction of physicochemical properties of nanocatalysts by XRD, FESEM, FTIR, BET, PSD and TG-DTG showed that the sol-gel method produced amorphous phases, uniform nanoparticles´ distribution and a higher surface area in comparison with impregnation method. FTIR analysis confirmed the existence of desired functional groups and lack of spinel compounds which were in agreement with XRD analysis. PSD analysis (< 60 nm) demonstrated the promotion of Ni/Al2O3 catalyst by sol-gel method synthesis. Therefore, it can be found that preparation method had a great influence on physicochemical properties of catalyst; such as, crystallinity, surface area and morphology. The performances of catalysts were evaluated at atmospheric pressure, feed gas ratio of CO2/CH4= 1, GHSV=24 l/g.h and temperature ranges from 550 to 850°C. The stability test also was performed at °850C for 24 h. The results revealed that the synthesized catalyst by sol-gel method had better performances. The excellent syngas ratio (0.99) had been produced only by sol-gel synthesized Ni/Al2O3 nanocatalyst; besides, its activity loss was less than the nanocatalyst synthesized using impregnation method.