Viene riportato un metodo conveniente per la sintesi di catalizzatori Pt-Cu a nanoparticelle bimetallici supportati da 2 nm per la deidrogenazione di propano. Le tecniche di radiografia in situ di sincrotrone permettono di determinare la struttura del catalizzatore, che è tipicamente non raggiungibile utilizzando strumenti di laboratorio.
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Articolo metodologico
Sintesi e test di sostanza solida Pt-Cu sostenuta Catalizzatori di nanoparticelle per la deidrogenazione del propano
In questo articolo
Sommario
Abstract
Qui viene illustrato un metodo conveniente per la sintesi di catalizzatori bimetallici Pt-Cu e test di prestazione per la deidrogenazione e la caratterizzazione del propano. Il catalizzatore forma una struttura di soluzione solida sostitutiva, con una piccola e uniforme dimensione delle particelle di circa 2 nm. Ciò è realizzato con un attento controllo sulle fasi di impregnazione, calcinazione e riduzione durante la preparazione del catalizzatore ed è identificato da tecniche avanzate di sincrotrone in situ . La prestazione di deidrogenazione del propano catalitico migliora continuamente con l'aumento del rapporto atomico Cu: Pt.
Introduzione
La deidrogenazione del propano (PDH) è una fase di trasformazione chiave nella produzione di propilene, avvalendosi del gas shale, la fonte di crescita più rapida del gas nel paese 1 . Questa reazione interrompe due legami CH in una molecola di propano per formare un propilene e un idrogeno molecolare. I catalizzatori di metalli nobili, comprese le nanoparticelle di Pd, presentano una scarsa selettività per il PDH, spezzando il legame CC per produrre metano ad elevata resa, con la produzione concomitante di coke, portando alla disattivazione del catalizzatore. Recenti rapporti hanno dimostrato che i catalizzatori selettivi di PDH potrebbero es....
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Protocollo
1. Sintesi dei catalizzatori nanomateriali bimetallici Pt-Cu supportati a 2 nm
- Preparazione della soluzione precursore metallica
- Sciogliere 0,125 g di triidrato di rame di nitrato (Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O) in 1 ml di acqua per ottenere una soluzione di azzurro.
Attenzione: Usare guanti protettivi per la manipolazione di sostanze chimiche. - Aggiungere ammoniaca in goccia alla soluzione di nitrato di rame, formando precipitati blu scuro di idrossido di rame.
Attenzione: utilizzare una cappa per il trattamento delle basi e dei prodotti chimici volatili. - Continuare ad agg....
- Sciogliere 0,125 g di triidrato di rame di nitrato (Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O) in 1 ml di acqua per ottenere una soluzione di azzurro.
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Risultati
La selettività del propilene rispetto al tempo per i catalizzatori di Pt e Pt-Cu misurati ad una conversione iniziale di propano di circa il 20% è riportata in figura 1A . Il catalizzatore Pt ha una selettività iniziale del 61%, che aumenta a circa l'82% con il tempo in corrente mentre il catalizzatore si disattiva per 1 ora. Il catalizzatore Pt-0.7Cu mostra una migliore selettività iniziale di propilene del 72%. Per i catalizzatori Pt-2.3Cu e Pt-7.3Cu, .......
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Discussione
I catalizzatori Pt-Cu preparati in questo lavoro contengono nanoparticelle uniformi di circa 2 nm, simili a catalizzatori eterogene qualificati per applicazioni industriali. Tutti i precursori Pt e Cu formano strutture bimetalliche, a differenza di particelle monometalliche separate. Questa interazione bimetallica e le piccole dimensioni delle particelle vengono realizzate con un attento controllo delle procedure di sintesi. Il processo di impregnazione utilizza il forte assorbimento elettrostatico (SEA) tra gli ioni me.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto dalla School of Chemical Engineering, Purdue University. L'uso della Source Advanced Photon è stato sostenuto dal Dipartimento per l'Energia dell'Ufficio Ufficio delle Scienze Energetiche di base, con il contratto n. DE-AC02-06CH11357. Le operazioni di MRCAT, beamline 10-BM sono supportate dal Dipartimento dell'energia e dalle istituzioni membri di MRCAT. Gli autori riconoscono inoltre l'uso di beamline 11-ID-C. Ringraziamo Evan Wegener per l'assistenza sperimentale con la XAS.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Reattore a tubo di quarzo da 1 " | Quarzo Scientifico | Lavorato da forno di essiccazione a soffiante | |
| Fisher Scientific | |||
| forno di calcinazione | Thermo Sciencfic | ||
| clam-shell temperatura programmata | Sistema di test applicato | ||
| Gascromatografia fatta in casa | |||
| 0012-189 | |||
| Linkam Sample Stage | Linkam Scientific | Model TS1500 | |
| nitrato di rame triidrgate | Sigma | Aldrich 61197 | |
| tetraamminanitranitrato di platino | Sigma Aldrich | 278726 | |
| ammoniaca | Sigma Aldrich | 294993 | |
| silice | Sigma Aldrich | 236802 | |
| alcool isopropilico | Sigma Aldrich | ||
| balance | Denver Instrument Company | A-160 | |
| spatole | VWR | ||
| ceramica e vetro piastre evaporanti, becher | VWR | ||
| piastra | |||
| Kimwipe Carte Mortaio | |||
| e Pestello | |||
| Lana di Quarzo | |||
| Raccordi per tubi Swagelok |
Riferimenti
- Sattler, J. J., Ruiz-Martinez, J., Santillan-Jimenez, E., Weckhuysen, B. M. Catalytic dehydrogenation of light alkanes on metals and metal oxides. Chem. Rev. 114 (20), 10613-10653 (2014).
- Childers, D. J., et al. Modifying structure-sensitive reactions by addition of Zn to Pd. J Catal. 318, 75-84 (2014).
- Gallagher, J. R., e....
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Ristampe e permessi
