کاتالیزور دی سولفید مولیبدن- آلومینا / نیکل – فوم با انتقال حرارت پیشرفته برای متان سازی مقاوم در برابر گاز سنتزی گوگرد

متان سازی مونوکسیدکربن مقاوم در برابر گوگرد با استفاده از کاتالیزورهای مبتنی بر دی سولفید مولیبدن  دارای پتانسیل تولید گاز طبیعی سنتزی در صنعت است. در این مقاله از یک کاتالیزور دی ‌سولفید مولیبدن – آلومینا / نیکل – فوم با ساختار فلزی تولید شده به روش هیدروترمال و از طریق رشد گونه‌های فعال دی ‌سولفید‌ مولیبدن بر روی نیکل- فوم پوشش‌داده شده با آلومینا برای متان سازی گاز سنتزی استفاده شد. این کاتالیزور فعالیت و پایداری فوق‌العاده‌ای را در متان سازی مقاوم در برابر گاز سنتزی گوگرد نشان داد.

رشد دی سولفید مولیبدن بر روی آلومینا / نیکل- فوم در سنتز هیدروترمال شامل سه مرحله کلیدی است: ابتدا، جوانه‌های دی سولفید مولیبدن به سرعت از طریق واکنش اکسایشی – احیایی سولفید هیدروژن تشکیل می‌شوند. سپس این جوانه‌ها طبق رشد کریستالی به نانوصفحات تبدیل می‌شوند. در نهایت، نانوصفحات برای تشکیل کره‌های گل مانند بهم پیچیده می‌شوند که به وسیله کاهش انرژی سطحی هدایت می‌شوند. بر خلاف کاتالیزور دی سولفید مولیبدن/ آلومینا، مواد سوزنی مانند بسیاری (فاز تری نیکل دی سولفید) روی سطح کاتالیزورهای دی سولفید مولیبدن- آلومینا / نیکل – فوم وجود دارد. این سوزن‌‌ها می‌توانند پوشش آلومینا را محکم کنند و کره‌های دی سولفید مولیبدن را در سوزن‌ها جاسازی کنند، که ممکن است پراکندگی و پایداری گونه‌های دی سولفید مولیبدن و چسبندگی آلومینا را تقویت کند. همچنین پوشش آلومینا مساحت سطح را برای بارگذاری دی سولفید مولیبدن بهبود می‌بخشد.

واکنش متان سازی مونوکسید کربن ماهیت گرمازا دارد و یک فرآیند با دمای بالا (250-700 درجه سانتیگراد) است. به همین دلیل نقاط داغ ایجاد شده در راکتور صنعتی منجر به مشکلات جدی مانند کاهش عمر کاتالیزور توسط رسوب یا تف جوشی کربن و دمای غیرقابل کنترل راکتور می‌شود. افزایش دمای بستر کاتالیزور و راکتور به دلیل گرمازایی قوی واکنش متان سازی مونوکسید کربن اجتناب ناپذیر است. نتایج نشان می‌دهد که برای بستر کاتالیزور دی سولفید مولیبدن/ آلومینا دما تا حدود 240.2 درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد. با این حال، افزایش دما در بستر کاتالیزور دی سولفید مولیبدن- آلومینا / نیکل – فوم حدود 50.8 درجه سانتیگراد است که بسیار کمتر از بستر کاتالیزور دی سولفید مولیبدن/ آلومینا است.

علاوه بر این، نتایج نشان داد که تغییرات دمای واکنش در راکتوری با قطر 15 میلی‌متر برای کاتالیزور دی سولفید مولیبدن/ آلومینا، 32 درجه سانتیگراد و برای کاتالیزور دی سولفید مولیبدن- آلومینا / نیکل – فوم، 9 درجه سانتیگراد است. بنابراین، کاتالیزور دی سولفید مولیبدن- آلومینا / نیکل – فوم به طور موثر انتقال حرارت را افزایش می‌دهد و گرمای واکنش را در واکنش متان سازی مونوکسید کربن حذف می‌کند.

منبع

https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cctc.201701314