Transformation of Carbon Dioxide Into Linear Carbonates and Methane over Cu-ni and Ru-fe Supported on Pellets Activated Carbon.

El dióxido de carbono (un recurso de carbono abundante, económico y renovable) es uno de los gases de efecto invernadero más importantes que causan el calentamiento global y los cambios climáticos. El dióxido de carbono se puede usar para sintetizar productos químicos útiles como los carbonatos line...

Full description

Autores:
Arbeláez Pérez, Oscar Felipe
Santis Navarro, Angelica Maria
Villegas Quinceno, Adriana Patricia
Villa Holguín, Aida Luz
Ivanova, Svetlana
Centeno, Miguel Ángel
Tipo de recurso:
Article of journal
Fecha de publicación:
2020
Institución:
Universidad Cooperativa de Colombia
Repositorio:
Repositorio UCC
Idioma:
OAI Identifier:
oai:repository.ucc.edu.co:20.500.12494/17466
Acceso en línea:
https://doi.org/10.3303/CET2079019
https://hdl.handle.net/20.500.12494/17466
Palabra clave:
Dióxido de carbono
Catalizadores monometálicos
Catalizadores bimetálicos
Carbón activado
Carbon Dioxide
Monometallic catalysts
Bimetallic Catalysts
Activated Carbon
Rights
openAccess
License
Atribución – No comercial
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description El dióxido de carbono (un recurso de carbono abundante, económico y renovable) es uno de los gases de efecto invernadero más importantes que causan el calentamiento global y los cambios climáticos. El dióxido de carbono se puede usar para sintetizar productos químicos útiles como los carbonatos lineales como el dimetil y el dietil carbonato y el metano. La valorización del dióxido de carbono (a partir de biomasa o gases de combustión industriales, por ejemplo) mediante procesos catalíticos es una excelente alternativa para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Como el uso de catalizador como polvo implica la necesidad de una gran cantidad de catalizador en el lecho catalítico y los consecuentes problemas con la caída de presión, el uso de polvos de carbono procesados en gránulos (piezas de forma cilíndrica) es obligatorio para reducir el catalizador total. volumen, la caída de presión en el lecho catalítico y la formación de puntos calientes. En este trabajo, los catalizadores monometálicos y bimetálicos de Cu, Ni, Cu-Ni, Ru, Fe y Ru-Fe se sintetizaron por la impregnación por humedad sobre gránulos de carbón activado y se evaluaron en la producción de carbonato de dimetilo y carbonato de dietilo (Cu, Ni , Cu-Ni) y metano (Ru, Fe, Ru-Fe). La mayor actividad catalítica (en términos de frecuencia de recambio) se obtuvo sobre catalizadores bimetálicos con Cu: Ni, relación molar 2: 1, 3: 1 en carbonato de dimetilo y dietilo, respectivamente y Ru en la formación de metano. La mayor actividad se atribuyó a la interacción sinérgica entre metales en la aleación formada en la superficie del catalizador. Los resultados sugieren que los catalizadores sintetizados podrían usarse potencialmente para los procesos de fijación de dióxido de carbono.
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La valorización del dióxido de carbono (a partir de biomasa o gases de combustión industriales, por ejemplo) mediante procesos catalíticos es una excelente alternativa para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Como el uso de catalizador como polvo implica la necesidad de una gran cantidad de catalizador en el lecho catalítico y los consecuentes problemas con la caída de presión, el uso de polvos de carbono procesados en gránulos (piezas de forma cilíndrica) es obligatorio para reducir el catalizador total. volumen, la caída de presión en el lecho catalítico y la formación de puntos calientes. En este trabajo, los catalizadores monometálicos y bimetálicos de Cu, Ni, Cu-Ni, Ru, Fe y Ru-Fe se sintetizaron por la impregnación por humedad sobre gránulos de carbón activado y se evaluaron en la producción de carbonato de dimetilo y carbonato de dietilo (Cu, Ni , Cu-Ni) y metano (Ru, Fe, Ru-Fe). La mayor actividad catalítica (en términos de frecuencia de recambio) se obtuvo sobre catalizadores bimetálicos con Cu: Ni, relación molar 2: 1, 3: 1 en carbonato de dimetilo y dietilo, respectivamente y Ru en la formación de metano. La mayor actividad se atribuyó a la interacción sinérgica entre metales en la aleación formada en la superficie del catalizador. Los resultados sugieren que los catalizadores sintetizados podrían usarse potencialmente para los procesos de fijación de dióxido de carbono.Carbon dioxide (an abundant, inexpensive, and renewable carbon resource) is one of the most significant greenhouse gases that cause global warming and climate changes. Carbon dioxide can be used to synthesize useful chemical products such as linear carbonates like dimethyl and diethyl carbonate and methane. Carbon dioxide valorisation (from biomass or industrial flue gases, for instance) using catalytic processes is an excellent alternative to reduce greenhouse gas emissions. As the use of catalyst as a powder imply the need for a large amount of catalyst in the catalytic bed and the consequent problems with pressure drop, the use of carbon powders processed into pellets (cylindrically-shaped pieces) is mandatory to reduce the total catalyst volume, the pressure drop in the catalytic bed, and the formation of hotspots. In this work, Cu, Ni, Cu-Ni, Ru, Fe, and Ru-Fe monometallic and bimetallic catalysts were synthesized by the wetness impregnation over pellets of activated carbon and evaluated in the production of dimethyl carbonate and diethyl carbonate (Cu, Ni, Cu-Ni) and methane (Ru, Fe, Ru-Fe). The highest catalytic activity (in terms of turnover frequency) was obtained over bimetallic catalysts with Cu: Ni, 2:1, 3:1 molar ratio in dimethyl and diethyl carbonate, respectively and Ru in methane formation. The increased activity was attributed to the synergetic interaction between metals in the alloy formed on the surface of the catalyst. Results suggest that the synthesized catalysts could potentially be used for carbon dioxide fixation processes.https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001535259https://orcid.org/0000-0002-9807-7828https://scienti.minciencias.gov.co/gruplac/jsp/visualiza/visualizagr.jsp?nro=00000000002960angelica.santisn@campusucc.edu.cooscar.arbelaez@campusucc.edu.cohttps://scholar.google.com/citations?user=t2QURT0AAAAJ&hl=es109-114 p.Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingenierías, Ingeniería Industrial, Bogotá.Ingeniería IndustrialBogotáhttps://www.cetjournal.it/index.php/cet/article/view/CET2079019FlorenciaIBIC 2020Chemical Engineering TransactionsArbeláez O., Lopez V., Villa A., Villegas A., 2018, Diseño experimental para determinar el efecto del tamaño del pellet de catalizadores bimetálicos Cu-Ni en la reacción de desplazamiento de agua, Revista Colombiana de Quimica, 47, 50-56.Arbeláez O., Orrego A., Bustamante F., Villa A. L., 2012, Direct synthesis of diethyl carbonate from CO2 and CH3CH2OH over Cu–Ni/AC catalyst, Topics in Catalysis, 55, 668-672.Bian J., Xiao M., Wang S., Wang X., Lu Y., Meng Y., 2009, Highly effective synthesis of dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide using a novel copper–nickel/graphite bimetallic nanocomposite catalyst, Chemical Engineering Journal, 147, Vol 2-3, 287-296.Darton R. C., Yang A., 2018, Removing carbon dioxide from the atmosphere - Assessing the technologies, Chemical Engineering Transactions, 69, 91–96.Lapidus A., Gaidai L., Nekrasov N., Tishkova L., Agafonov A., Yu A., Myshenkova T., 2007, The Mechanism of Carbon Dioxide Hydrogenation on Copper and Nickel Catalysts, Petroleum Chemistry 47, 2 75–82.Olajire A. A., 2013, Valorization of greenhouse carbon dioxide emissions into value-added products by catalytic processes, Journal of CO2 Utilization, 3–4, 74–92.Orrego-Romero A. F., Arbeláez-Pérez O. F., Bustamante-Londoño F., Villa-Holguín A. L., 2016, Pelletization of catalysts supported on activated carbon. A Case Study: clean synthesis of dimethyl carbonate from methanol and CO2, Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, 78, 38-47.Soodsuansi C., Kulpratipunja S., Ratanatawanate C., Rangsunvigit P., 2018, Adsorption of methane and carbon dioxide on activated carbon and ZIF-8 (Zeolitic Imidazolate Framework), Chemical Engineering Transactions, 70, 1633–1638.Yang Y., White M., Liu P., 2012, Theoretical Study of Methanol Synthesis from CO2 Hydrogenation on MetalDoped Cu (111) Surfaces, Journal Physical Chemistry, 116, 248–256Zhang H., Liu H.B., Yue J.M., 2014, Organic carbonates from natural sources, Chemical Reviews, 114, Vol 1, 883–898.Zheng J., Wang C., Chu W., Zhou Y., Köhler K.,2016, CO2 Methanation over Supported Ru/Al2O3 Catalysts: Mechanistic Studies by in situ Infrared Spectroscopy, Chemistry Select, 1, 3197-3203.Dióxido de carbonoCatalizadores monometálicosCatalizadores bimetálicosCarbón activadoCarbon DioxideMonometallic catalystsBimetallic CatalystsActivated 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