Skip to main content
SUPERVISOR
S.Mohammad Ghoreshi,Mohammad Reza Ehsani
سیدمحمد قریشی (استاد راهنما) محمدرضا احسانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Somaye Mahmoodi
سمیه محمودی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Synthesis of SiO2-supported manganese catalysts by incipient wetness impregnation method and evaluation the catalytic performance on oxidative coupling of methane reaction
In this thesis, 13 types of M – Na – Mn / SiO 2 catalysts, (M = W, V, Mo, Nb, Cr) have been prepared by incipient wetness impregnation method and their catalytic performance for oxidative coupling of methane (OCM) to C 2 hydrocarbons (C 2 H 4 and C 2 H 6 ) was examined. The catalysts are prepared by sequential impregnation of aqueous solution of metal salts and then manganese nitrate on the silica followed by drying and calcinations at 850 °C for 6h. the catalytic performance was evaluated in a continuous - flow micro reactor at atmospheric pressure, an operating temperature of 775 °C, a gas hourly space velocity (GHSV) of 2500 ml hr -1 g -1 , and a CH 4 / O 2 / N 2 = 2 / 2/ 1. The structural properties of the catalysts have been studied using X-ray diffraction (XRD), laser Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), surface area by BET method, and temperature programmed reduction (TPR) with H 2 . The used catalysts also were characterized with XRD and BET. The results of the catalytic performance revealed that promoter (sodium salts containing different oxo anions) largely influence the C 2 selectivity of the catalysts. C 2+ selectivity (or C 2+ yield) increase with the transition metal compound of the catalysts in the order of W Mo Cr Nb V in the range of 4 – 46 % while the catalytic conversion changed in the range of 28 – 46 %. Catalyst characterization results indicated that manganese oxide (Mn 2 O 3 ) and ?-cristobalite were the predominant species in the surface catalysts. Na + ion, as a structural promoter led to transformation of amorphous SiO 2 exclusively to ?-cristobalite, and increased surface basicity. The concentration of Mn in the catalyst played an important role, as increase in manganese concentration in W – Na – Mn / SiO 2 catalyst led to higher yield from 14 % to 18 %. Increase in sodium salt concentration led to higher yield of W – Na – Mn / SiO 2 catalyst from 14 % to 18 % and lower yield of Mo – Na – Mn / SiO 2 catalyst from 14 % to 12 %. Presence of hot spot in the catalyst bed led to destroy the structure and changed ?-cristobalite into SiO 2 quartz and decreased the crystalline size. Also catalysts used for methane coupling deactivate slowly due to sintering in which after 9 hr of reaction at 775 °C, the surface area decreased from 2.34 m 2 g -l to 0.0584 m 2 g -1 . The structural and catalytic performance results revealed that Mn 2 O 3 species acted as an active site in the catalyst
: در این تحقیق سیزده نوع از کاتالیست های منگنز بر پایه سیلیکا و ارتقادهنده های سدیم، تنگستن، مولیبدن، وانادیم، نیوبیوم و کرم به روش تلقیح مرطوب ساخته شد و عملکرد کاتالیستی آنها در واکنش زوج شدن اکسایشی متان (OCM) مورد مطالعه قرار گرفت. این عملیات در یک رآکتور آزمایشگاهی بستر ثابت از جنس کوآرتز و در فشار اتمسفریک، دمای C?750، دبی کل خوراک ml/min100، سرعت فضایی جریان گاز (GHSV) mlhr -1 g -1 2500، وزن کاتالیست g 85/1 و غلظت واکنشگرها به نسبت 2/1/2=CH 4 /O 2 /N 2 انجام شد. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی کاتالیست های تکلیس شده با آزمون های شناسایی پراش اشعه ایکس (XRD)، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FT-IR)، طیف سنجی رامان، احیا به روش برنامه ریزی دمایی (TPR) و مساحت سطح به روش BET شناسایی شد. برای بررسی ساختار کاتالیست ها بعد از آزمون رآکتوری نیز آزمون های XRD و BET انجام گرفت. نتایج آزمون رآکتوری نشان دهنده تأثیر قابل توجه ارتقادهنده ها (نمک های سدیم) در کاتالیست ها، روی گزینش پذیری و بازده هیدروکربن های C 2 بودند. نتایح نشان دادند گزینش پذیری (یا بازده) C 2 در کاتالیست ها به ترتیب W Mo Cr gt;V و از 4 درصد تا 46 درصد بهبود یافت و تغییرات درصد تبدیل متان در این کاتالیست ها نیز در محدوده 46-28 درصد بود. نتایج حاصل از تعیین مشخصات کاتالیست ها نشان دادند گونه های Mn 2 O 3 و کریستوبالیت اجزاء غالب سطح در کاتالیست ها می باشد و نقش یون Na + به عنوان ارتقادهنده ساختاری در کاتالیست ها، انتقال فاز سیلیکای آمورف به کریستوبالیت وافزایش بازیسیته سطح است. یون منگنز نقش بسیار مهمی در گزینش پذیری کاتالیست ایفا کرد، بطوریکه افزایش غلظت منگنز موجب افزایش بازده C 2 در کاتالیست W-Na-Mn/SiO 2 از 14% به 18% شد. افزایش غلظت نمک سدیم موجب بهبود بازده کاتالیست های شامل تنگستن از 15 درصد به 18 درصد و افت بازده کاتالیست های شامل مولیبدن از 14 درصد به 12 درصد شد. ایجاد نقاط داغ در کاتالیست باعث تخریب و تبدیل قسمتی از کریستوبالیت به کوارتز، تغییر ساختار و کاهش اندازه ذرات شد. همچنین به دلیل پدیده تخریب حرارتی و نیز فرسایش سطحی، سطح ویژه ی کاتالیست از 34/2 به حدود m 2 /g 0584/0 کاهش یافت. نتایج حاصل از ساختار و عملکرد کاتالیست ها نشان دادند فازهای کریستالی Mn 2 O 3 ، Na 2 WO 4 و Na 2 MoO 4 نقش بسیار مهمی در دستیابی به گزینش پذیری بالا نسبت به هیدروکربن های C 2 دارند. فاز Mn 2 O 3 به عنوان موضع فعال مناسب در کاتالیست ها عمل کرده و در سیستم هایی با قابلیت اکسایش-کاهش وجود دو موضع فعال فلزی، مانند Mn 3+/2+ و W 6+/5+ یا Mn 3+/2+ و Mo 6+/5+ برای فعال سازی اکسیژن و متان ضرورت دارد

ارتقاء امنیت وب با وف بومی