İzobütan dehidrojenasyonunun CrOx/AC katalizörler üzerinde incelenmesi

Yıl 2018, , 459 - 472, 06.04.2018

Meltem Doğan , Saliha Çetinyokuş , Emre Kırcı

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.416354

Öz

Yürütülen çalışmada izobütan dehidrojenasyonu için yüksek aktivite ve seçicilikte krom temelli katalizörlerin hazırlanması amaçlanmıştır. Krom temelli katalizörlerde yapıda monokromat miktarının fazla bulunmasının aktivite ve seçiciliği olumlu etkilediği bilinmektedir. Bu nedenle çalışmada sentezlenen katalizör yapısında yüksek oranda monokromat formunun bulunması hedeflenmiştir. Ticari olarak temin edilen aktif karbon asitle muamele edildikten sonra katalizör hazırlama çalışmalarında kullanılmıştır. Krom yüklenmemiş desteğin izobütan dehidrojenasyonu yanında propene dönüşüm reaksiyonu için aktivite gösterdiği belirlenmiştir. Metal tuz çözeltisi ve desteğin temas süresinin parametre olarak incelendiği çalışmalarda dört farklı karıştırma süresinde çalışılmıştır (4, 24, 48, 72 saat). En fazla monokromat 24 saatlik karıştırma süresinde hazırlanan katalizör yapısında gözlenmiştir. Katalitik testlerde de en yüksek seçicilik değeri 24 saatlik karıştırma süresinde hazırlanan katalizör ile elde edilmiştir. Katalizör yapısında metal miktarı %3’den %6’ya yükseltildiğinde monokromat miktarı yapıda artmış ancak %6’dan yüksek konsantrasyonlarda monokromat miktarında düşüş gözlenmiştir. Krom miktarı %22’ye yükseltildiğinde kromun çoğunlukla inaktif Cr₂O₃ kristalleri içinde kaldığı tespit edilmiştir. Katalitik testlerde yüksek oranda krom içeren katalizörler üzerinde yan reaksiyonların gerçekleşmesi ile seçiciliğin düştüğü tespit edilmiştir. Katalizör yapısında Ca/Cr oranı arttıkça monokromat miktarlarında azalma görülmüştür. Krom yanında kalsiyum içeren katalizörler ile yürütülen katalitik çalışmalarda çok düşük izobütan dönüşümü ve izobüten seçicilik değerleri gözlenmiştir. Katalizör hazırlanmasında kalsinasyon işleminin yüksek sıcaklıkta ve CO₂ ortamında yapılması durumunda en fazla monokromat gözlenmiştir. Kuru hava ortamında yapılan çalışmalarda yüksek sıcaklıklarda çalışılamamış, düşük sıcaklıklarda ise katalizörde inaktif Cr₂O₃ kristallerinin oluştuğu görülmüştür. 

Anahtar Kelimeler

izobütan dehidrojenasyonu, CrOx/AC, karakterizasyon

Kaynakça

• Sattler J.J.H.B., Ruiz-Martinez J., Santillan-Jimenez E., Weckhuysen B.M., Catalytic Dehydrogenation of Light Alkanes on Metals and Metal Oxides, Chem. Rev., 114, 10613−10653, 2014.
• Rashidi M., Nikazar M., Rahmani M., Mohamadghasemi, Z., Kinetic modeling of simultaneous dehydrogenation of propane and isobutane on Pt-Sn-K/Al2O3 catalyst, Chemical Engineering Research and Design, 95, 239–247, 2015.
• Fang D., Zhao J., Liu S., Zhang L., Ren W., Zhang H., Relationship between Cr-Al Interaction and the Performance of Cr-Al2O3 Catalysts for Isobutane Dehydrogenation, Modern Research in Catalysis, 4, 50-58, 2015.
• Kilicarslan S., Dogan M., Dogu T., Cr Incorporated MCM-41 type catalysts for isobutane dehydrogenation and deactivation mechanism, Ind. Eng. Chem. Res. 52, 3674–3682, 2013.
• Cetinyokus Kilicarslan S., Dogan M., Dogu T., Contribution of Pd Membrane to Dehydrogenation of Isobutane Over a New Mesoporous Cr/MCM-41, Int. J. Chem. React. Eng., 14, 3, 727–736, 2016.
• Zhang D., Li X., Qin B., Li X., Guo X., Lai C., Fabrication of Chromium (III) Oxide (Cr2O3) Coating by Electrophoretic Deposition, Journal of The American Ceramic Society, 97, 11, 3413-3417, 2014.
• Wang L., Zhang Y., Lou Y., Guo Y., Lu G., Guo Y., Pd catalyst supported on activated carbon honeycomb monolith for CO oxidation and the application in air purification of vehicular tunnel, Fuel Processing Technology, 122, 23–29, 2014.
• Trawczynski J., Gheek P., Okal J., Zawadzki M., Ilan Gomez M.J., Reduction of nitrate on active carbon supported Pd-Cu catalysts, Applied Catalysis A: General, 409– 410, 39– 47, 2011.
• Fan Q.Y., Xiu G.J., Hao C.Y., Chao S.M., Qiang Y.H., The influence of Mn species on the SO2 removal of Mn-based activated carbon catalysts, Applied Surface Science, 282, 425– 431, 2013.
• Ding J.F., Qin Z.F., Li X.K., Wang G.F., Wang J.G., Coupling dehydrogenation of isobutane in the presence of carbon dioxide over chromium oxide supported on active carbon, Chinese Chemical Letters 19, 1059–1062, 2008.
• Ding J., Qin Z., Li X., Wang G., Wang J., Catalytic dehydrogenation of isobutane in the presence of carbon dioxide over nickel supported on active carbon, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 315, 221–225, 2010.
• Hong Y., Liwu L., Qingxi W., Longy X.U., Sujuan X.I.E., Shenglin L.I.U., Oxidative dehydrogenation of ethane with carbon dioxide to ethylene over Cr-loaded active carbon catalyst, Studies in Surface Science and Catalysis, 87-92, 2001.
• Wegrzyniak A., Jarczewski S., Wach A., Hedrzak E., Ku´strowski P., Michorczyk P., Catalytic behaviour of chromium oxide supported on CMK-3 carbonreplica in the dehydrogenation propane to propene, Applied Catalysis A: General, 508, 1–9, 2015.
• Diaz V.J.J., Sua´rez L.M.C., Figueiredo J.L., Oxidative dehydrogenation of isobutane over activated carbon catalysts, Applied Catalysis A: General, 311, 51–57, 2006.
• Gniot I., Kirszensztejn P., Kozłowski M., Oxidative dehydrogenation of isobutane using modified activated carbons as catalysts, Applied Catalysis A: General, 362, 67–74, 2009.
• Xu L., Liu Y., Li Y., Lin Z., Ma X., Zhang Y., Argyle M.D., Fan M., Catalytic CH4 reforming with CO2 over activated carbon based catalysts, Applied Catalysis A: General, 469, 387– 397, 2014.
• Shee, D., Sayri, A., Light Alkane Dehydrogenation Over Mesoporous Cr2O3/Al2O3, Catalysts. Appl. Catal. A, 389, 155, 2010.
• Mahendinan C., Sangeetha, P., Vijayan, P., Sardhar Basha, S. J., Shanthi, K., Vapor Phase Oxidation of Tatralin over Cr and Fe Substituted MCM-41 Molecular Sieves, J. Mol. Catal A: Chem., 275, 84, 2007.
• Zhang L., Zhao Y., Dai H., He H., Au C. T., Comparative Investigation on The Properties of Cr-SBA-15 and CrOx/SBA-15, Catalyis Today, 131, 42, 2008.
• Maldonado F., Rivera R., Stashans A., Structure, electronic and magnetic properties of Ca-doped chromium oxide studied by the DFT method, Physica B, 407, 1262–1267, 2012.
• Neri G., Pistone A., De Rossi S., Rombi E., Milone C., Galvagno S., Ca-doped chromium oxide catalysts supported on alümina for the oxidative dehydrogenation of isobutane, Applied Catalysis A: General, 260, 75–86, 2004.
• Cetinyokus Kilicarslan S., Dogan M., Dogu T., Synhthesis and Characterization of Ca-Cr-MCM-41 Catalysts for Isobutane Dehydrogenation, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 29, 3, 459-467, 2014.