Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem: http://repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/13770
Título : ESTUDIO DE CATALIZADORES DE ORO PARA LA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO
Autor : DR. JINAN-AN WANG
I.Q. HERNÁNDEZ RAMÍREZ, EDGAR
Palabras clave : Producción de hidrógeno
descomposición de metano
catalizadores bimetálicos
Au-Ni
SBA-15
Fecha de publicación : 17-nov-2011
Resumen : Our present civilization strongly depends upon fossil fuels such as petroleum, natural gas and coal. The increase in the concentration of CO2, a major green house effect gas in the atmosphere, is due to the continuous burning of such fossil fuels. Hydrogen is a clean fuel that emits no CO2 when it is burned or used in H2–O2 fuel cells. One of the realistic methods to produce hydrogen with less CO2 emission is to utilize methane as the source of hydrogen through a catalytic approach. In the present work, the catalytic decomposition of methane for hydrogen production was investigated by using monometallic Au and bimetallic Au-Ni catalysts. The support materials used in the catalysts preparation were activated carbon, Al-MCM-41 and SBA-15. Two synthesis methods (impregnation and deposition by precipitation) were applied to uptake the active phases on the support. All the catalysts were characterized using various techniques such as X-ray diffraction, N2 adsorption isotherms, UVvis spectroscopy, temperature-programmed reduction, H2 chemisorption, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, electron dispersive spectroscopy and Raman spectroscopy. The methane decomposition reaction was carried out in a microreactor system at a temperature range from 500 to 700 C. The product effluent was analyzed by gas chromatography. In general, the catalysts Au/C and Au/Al-MCM-41 synthesized by the impregnation technique gave gold particle sizes greater than 100 nm and the catalysts Au/C synthesized by the deposition-precipitation technique showed particle sizes from 5 up to 10 nm. Although these results were interesting, the catalytic activity was not correlated with the Au nanoparticles. On the other hand, all the bimetallic Au-Ni catalysts were more active than the monometallic catalysts. The most effective catalysts for methane decomposition were the series of catalysts Au-Ni/SBA-15. The methane conversions over the Au- Ni/SBA-15 catalysts were approximately 15 % at a reaction temperature of 600 C. All the experiments, hydrogen was the gaseous product, no CO or CO2 was detected. It is assumed that Au addition into Ni catalysts might improve dehydrogenation of methane and increased the concentration of CHx species in the surface of the catalysts. Therefore, Au addition significantly enhanced the catalyst activity and stability. During a period of 15 hr evaluation under different space velocity, no obvious catalytic deactivation was observed on our catalysts, which showed much better stability in comparison with the Cu-Ni/Al2O3 and Ni-Cu/SiO2 catalysts. Raman spectroscopy analysis confirmed that two kinds of carbon materials were formed on the catalysts after reaction: one was carbon nanotube and the other was amorphous carbon. The amorphous carbon usually covers on the surface of the catalysts, leading to active phase encapsulation. In the bimetallic catalysts, amorphous carbon materials were much less than that formed on the monometallic catalysts. This is one of the reasons responsible for the enhancement of the catalytic activity of the bimetallic catalysts. Hydrogen chemisorption experiments showed that before the reaction, Au- Ni/SBA-15 catalysts have large capacity for hydrogen adsorption and possible storage; however, after reaction, their capacity for hydrogen adsorption was reduced because of the formation of amorphous carbon and increment of active particle size. This results indicated that it is possible to use Au-Ni/SBA-15 catalysts for both hydrogen production and hydrogen storage.
Descripción : Nuestra civilización depende fuertemente de los combustibles fósiles como el petróleo, el gas natural, carbón. El incremento en la concentración de CO2, uno de los principales gases de efecto invernadero, se debe a la continua quema de combustibles fósiles. El hidrógeno es un combustibles limpio que no emite CO2 cuando es quemado o usado en celdas de combustibles de H2-O2. Uno de los métodos realistas para producir hidrógeno sin emisiones de CO2 es la utilización de metano como fuente de hidrógeno a través de un enfoque catalítico. En este trabajo, la descomposición catalítica de metano para la producción de hidrógeno fue investigada usando catalizadores monometálicos de Au y bimetálicos Au- Ni. Los materiales de soporte usados en la preparación de los catalizadores fueron carbón activado, Al-MCM-41 y SBA-15. Dos métodos de síntesis (impregnación y depósito por precipitación) fueron utilizados para soportar la fase activa en los soportes. Todos los catalizadores fueron caracterizados usando varias técnicas como difracción de rayos X, adsorción de N2, espectroscopía UV-vis, reducción a temperatura programada (RTP), quimisorción de H2, microscopía electrónica de transmisión, y espectroscopía raman. La reacción de descomposición de metano se llevó a cabo en un micro reactor en un rango de temperaturas de 500 a 700 C. El efluente fue analizado por cromatografía de gases. En general, los catalizadores Au/C y Au/Al-MCM-41 sintetizados por la técnica de impregnación dieron partículas de un tamaño mayor a 100 nm y los catalizadores Au/C sintetizados por la técnica de depósito por precipitación mostraron tamaños de 5 a 10 nm. Aunque estos resultados fueron interesantes, la actividad catalítica no se correlacionó con el tamaño de partícula. Por otro lado, todos los catalizadores bimetálicos Au-Ni fueron más activos que los catalizadores monometálicos. Los catalizadores más efectivos para la descomposición catalítica de metano fueron la serie de catalizadores de Au-Ni/SBA-15. La conversión de metano sobre los catalizadores Au-Ni/SBA-15 fue aproximadamente del 15 % a una temperatura de reacción de 600 C. No se detectó CO o CO2 en todos los experimentos realizados. Se asume que la adición de Au en catalizadores de Ni decrementa la deshidrogenación de metano, en contraste incrementa la concentración de especies Chx en la superficie de los catalizadores. Por lo tanto, la adición de Au mejora significativamente la estabilidad del catalizador. No se observó una significativa desactivación del catalizador durante un periodo de 15 horas de evaluación a diferentes velocidades espaciales, los cuales mostraron una mejor estabilidad en comparación con catalizadores como Cu-Ni/Al2O3 and Ni-Cu/SiO2. Los análisis de las espectroscopías raman confirman que se formaron dos tipos de carbón en el catalizador después de la reacción: uno fue identificado como nanotubos de carbón mientras que el otro se identificó como carbón amorfo, dando lugar al encapsulamiento de la fase activa. En los catalizadores bimetálicos, se formó menos carbón amorfo que en los catalizadores monometálicos. Esto es una de las razones responsables de la estabilidad catalítica del catalizador bimetálico. Los experimentos de quimisorción de hidrógeno mostraron que antes de la reacción, los catalizadores Au-Ni/SBA-15 tienen una gran capacidad de adsorción de hidrógeno y posible almacenamiento de este; sin embargo, después de la reacción, su capacidad de adsorción de hidrógeno fue reducido debido a la formación de carbón amorfo y al incremento del tamaño de partícula activa. Estos resultados indican que es posible utilizar los catalizadores Au-Ni/SBA-15 tanto para producción de hidrógeno como para almacenamiento de este mismo.
URI : http://www.repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/13770
Aparece en las colecciones: Mediateca

Ficheros en este ítem:
Fichero Descripción Tamaño Formato  
Tesis Edgar vF.pdfESTUDIO DE CATALIZADORES DE ORO PARA LA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO7.86 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Los ítems de DSpace están protegidos por copyright, con todos los derechos reservados, a menos que se indique lo contrario.