Carbon dioxide hydrogenation on alumina supported ruthenium catalysts

Abstract

In this study the effect of basicity of catalyst is investigated using different metal oxide supported Nickel and Ruthenium catalyst. The basic strength of catalysts was orchestrated with using different types of metals and different composition of supports. In this study Al2O3-CaO, Al2O3-MgO, Al2O3-BaO supports were used with nickel and ruthenium catalyst, which synthesized with sol-gel method. Different mass ratios of supports were used such as; 100%, 70%/30%, %50/50%, 20%/80% respectively. For all metal oxides Nickel loadings are 1 %, 5% and Ruthenium loading is 0.5%. Calcination temperature was 500 0C with 6 hours. All catalysts were used in methanation reaction with conditions varies between 300-600 0C, inlet ratio of CO2/H2 1/4 to 1/6 and GSHV 5000h-1/10000h-1. The products were analyzed using GC and catalysts were analyzed using XRD NH3-TPD and BET. Nickel load selected as 1%, magnesium supported catalysts' the main crystallites were aluminum oxide and magnesium oxide for 30%,50%,80; respectively. Calcium supported catalyst had had alumina and calcium oxide crystallites for 30%,50% respectively. Barium supported catalysts had had alumina and barium mix oxide crystallites for 30%,50% respectively. For 5% Nickel loaded 70-30% alumina magnesia mix oxide catalyst magnesia and alumina crystallites are found. Aluminum magnesium mix oxide catalysts had higher basicity than aluminum barium mix oxide catalysts for 1% nickel catalysts. Ruthenium based magnesium alumina mix oxide catalyst had higher basicity than nickel-based magnesium alumina catalysts. Ruthenium catalysts had higher total performance towards both of the reverse water gas shift reaction and carbon dioxide methanation than nickel-based catalysts.

Bu çalışmada katalizörün bazisitesinin etkisi farklı metal oksit destekli nikel ve rutenyum bazlı katalizörler kullanılarak incelenmiştir. Katalizörlerin bazisitesi farklı oranlarda farklı metal oksitler kullanılarak incelendi. Bu çalışmada Al2O3-CaO, Al2O3-MgO, Al2O3-BaO ile desteklenmiş, nikel ve rutenyum bazlı katalizörler kullanılmıştır. Katalizörlerin sentezinde sol-jel yöntemi kullanılmıştır. Destekler için 70/30,50/50 ve 20/80 oranları seçilmiştir. Metal yüklemeleri nikel için %1 ve %0,5 rutenyum içinse %0,5 olarak seçilmiştir Tüm katalizörler için kalsinasyon sıcaklığı 500 0C kalsinasyon süresi 6 saat seçilmiştir. Tüm katalizörler için reaksiyon sıcaklığı 300 ile 500 0C arasında seçilmiştir. Katalizörlerin kristal fazı karakterizasyonu XRD ile yapılmıştır. Katalizörlerin bazisitesi CO2-TPD ile yapılmıştır. Reaksiyondan çıkan ürünlerin karakterizasyonu gaz kromatografi ile yapılmıştır. Nikel oranı %1 olarak seçilmiş ve %80 magnezyum olan katalizörlerde alümin kristal fazı, %50 olanlarda magnezyum oksit ve alümin kristal fazı, %80 olanlarda ise magnezyum oksit kristal fazı bulunmuştur. Kalsiyum içinse %30 olanlarda alümin kristal fazı, %50 olanlarda kristal fazı bulunamamıştır. Baryum destekli katalizörde ise, %30 da alümin kristal fazı, 50% baryum oksit kristal fazı bulunmuştur. Nikel oranı %5 olan %70 -30 magnezyum oksit katalizörde ise magnezyum oksit ve alümin kristalleri bulunmuştur. Nikel bulunduran katalizörler içerisinde alümin ve magnezyum oksit destekli katalizörler alümin ve baryum oksit destekli katalizörlerden daha yüksek bazisiteye sahiptir. Rutenyum bazlı magnezyum oksit ve alümin destekli katalizör ise nikel bulunduran katalizör ise nikel bulunduran magnezyum oksit ve alümin destekli katalizörlerden daha yüksek bazisiteye sahiptir. Rutenyum bazlı katalizörler nikel bazlı katalizörlere göre daha yüksek toplam performansa sahiptir.