Механизм конверсии смеси CH4 + CO2
Статьи / Сравнительный анализ: методы получения синтез-газа / Механизм конверсии смеси CH4 + CO2
Страница 3

Исследование реакции (3) на NiO/MgO при 800 °С (изотопный метод) показало, что в этих условиях на катализаторе присутствуют два типа кислорода: адсорбированный, взаимодействующий с Садс, и решеточный, реагирующий значительно медленнее. Реакция (3) протекает по окислительно-восстановительному механизму.

Окислительно-восстановительный механизм углекислотной конверсии метана на Ni-катализаторах, нанесенных на MgO, принимается и в работах Института химической физики РАН. Окисление Ni и восстановление NiO ускоряется на катализаторе Ni-Cr2O3/MgO. Процесс протекает через промежуточное образование шпинели по суммарному стехиометрическому уравнению:

Диссоциация метана происходит, по-видимому, на Ni или NiC, а активация CO2 осуществляется за счет участия кислорода шпинели NiCr2O4, вероятно, через промежуточное образование карбоната MgCO3.

Рассмотрена возможность окислительно-восстановительного механизма углекислотной конверсии метана на системе Pt/CeO2. Здесь Pt активирует CH4, а CeO2─x активирует (восстанавливает) CO.

В ряде работ фиксировали образование карбонатов на металлических катализаторах, нанесенных на основные носители. Например, было показано [13], что на Pt/ZrO2 восстановление СО2 происходит через образование карбоната циркония вблизи границы ZrO2 с Pt. Углерод на металле восстанавливает этот карбонат до формиата.

Далее протекают реакции:

Можно предположить, что на разных катализаторах механизм различен: на чистых металлах и на металлах, нанесенных на нейтральные носители типа SiO2, более вероятна полная диссоциация СН4 и СО2, а на металлических катализаторах с основными носителями вероятнее промежуточное образование карбоната.

В ИК-спектрах поверхностных соединений, а также после завершения реакции (3), были обнаружены монодентатные и бидентатные комплексные карбонаты, гидрокарбонаты, формиатные комплексы, линейные и мостиковые карбонилы, группы СНх и НСО. Предполагается участие в некоторых механизмах и этих промежуточных веществ. Показано, что атомы Н способствуют разложению карбонатов. В условиях углекислотной конверсии метана на Pt/TiO2, Pt/SiO2, Pt/ZrO2, Pt/Cr2O3 преобладающим поверхностным соединением является адсорбированный СО. Обнаружен также СН2О. По мнению авторов [12], важнейшим интермедиатом на поверхности является СНхО., хотя прямых ИК-спектроскопических подтверждений пока нет. Тем не менее авторы [12,13] считают, что полученные ими данные свидетельствуют в пользу механизма (15) с вероятными стадиями: обратимая диссоциация СН4 с образованием СНх и Н2, недиссоциативная адсорбция СО2 на носителе, диссоциация адсорбированного СО2 с участием Н на границе металл-носитель, реакция СНх с О (или с ОН) на границе металл-носитель с образованием СНхО. и последующее разложение этого интермедиата с образованием продуктов реакции СО и Н2.

По ИК-спектроскопическим данным других исследователей [14] на катализаторах Pt/TiO2 и Pt/ZrO2 адсорбция и активация СО2 протекают по механизму обратной конверсии водяного газа (6) на носителе с участием поверхностных ОН-групп. Образуются группы СНхО, а при их разложении ─ СО и Н2.

Механизм начальных стадий конверсии СН4+СО2 на никеле, нанесенном на SiO2, La2O3•SiO2 или La2O3, изучали импульсным методом отклика [18]. На NiO адсорбция СО2 конкурирует с диссоциацией СН4. На La2O3 диоксид углерода адсорбируется с образованием карбонатов и формиатов, которые затем разлагаются с выделением СО и восстановлением кислородных вакансий. Ресурсы О для образования СО из СН4 обеспечиваются за счет перехода кислорода от La2O3 к Ni. Метан восстанавливает NiO и образует вакансии в La2O3.

По данным [10], в случае катализа на NiMgO, промотированном Pt, Pd или Rh, лимитирующей стадией реакции (3) становится диссоциация СО2 или поверхностная реакция СНх + Оадс вместо диссоциации СН4 (для непромотированного NiMgO).

Есть также предположения о промежуточном образовании метильных радикалов. Для выяснения этого механизма на примере конверсии СН4+СО2 на Rh/SiO2 на катализатор адсорбировали радикалы СН3, полученные разложением азометана [18]. По ИК-спектрам было установлено, что частицы СН3,адс реагируют с О2 и СО2 из газовой фазы при температуре более 100 °C, поэтому кокс не отлагается на катализаторе. При этой же температуре радикалы СН3,адс разлагаются в вакууме, причем разложение ускоряется под действием СО2.

Страницы: 1 2 3 4 5

Смотрите также

Совершенствование технологии получения прядильного раствора в производстве ПАН волокон
На рубеже второго и третьего тысячелетий волок­на на основе полимеров и сополимеров акрилоннтрила заняли 4-6% в общем балансе текстильного сырья. Полиакрилонитрильные (ПАН) волокна оказ ...

Абсорбция аммиака
Абсорбция — поглощение веществ из газа (обычно из газовой смеси) или жидкости жидкостями или—реже—твердыми телами. Жидкость или твердое тело, поглощающие газ или растворенное вещество, назы ...

Модификация вторичных полимеров для изготовления изделий различного функционального назначения
...