LaNiO3 perovskite catalyst precurso

LaNiO3 perovskite catalyst precursor for rapid decomposition of methane:
Influence of temperature and presence of H2 in feed stream
a b s t r a c t
LaNiO3 perovskite has been successfully used as a crystalline catalyst precursor for the rapid decomposition
of methane into carbon nanotubes (CNTs) and COx-free H2. The advantages of LaNiO3 perovskite,
when compared with Ni-supported La2O3 catalyst, are as follows: (1) its ability to perform at higher reaction
temperature to achieve higher CH4 conversion, ∼90% CH4 conversion at 800 ◦C vs. only 55% at 650 ◦C
for NiO/La2O3 catalyst; (2) no significant deactivation of LaNiO3 catalyst; and (3) its ability to maintain
catalytic activity for a long reaction time due to its ability to form CNTs even at high reaction temperature,
while Ni-supported La2O3 catalyst mostly started forming encapsulating carbon species at 650 ◦C
which caused rapid deactivation of catalyst. CNTs obtained from LaNiO3 perovskite have highly uniform
diameter of 24 nm, which is the same size as Ni0 particles after the reduction of LaNiO3 perovskite catalyst.
Moreover, the presence of H2 (10 vol%) in the feed stream not only reduces the deactivation rate of
LaNiO3 perovskite catalyst at high reaction temperature, but also eliminates amorphous carbon on the
surface of CNTs and improves the ordered graphitic structure of CNTs.
1. Introduction
Hydrogen (H2) is an attractive alternative fuel source since it is
an ultra-clean energy and water is the only emission product from
its combustion. Currently, there are several catalytic processes for
the production of H2 from methane:
• Steam reforming [1]: CH4 + H2O↔3H2 + CO (H298 =
+206 kJ mol−1)
• Dry reforming [2]: CH4 + CO2 ↔2H2 + 2CO (H298 =
+247 kJ mol−1)
• Partial oxidation of methane [3]: CH4 + (1/2)O2 ↔2H2 + CO
(H298 = −8.5 kJ mol−1)
However, these processes produce H2 in the form of synthesis
gas (mixture of H2 and CO) with small amount of CO2. Therefore,the
additional downstream processes such as water-gas shift reaction
(CO + H2O↔H2 + CO2), CO2 removal as well as separation process
are thus required to minimize the amount of COx-species in the
purified H2, due to the greenhouse effect of CO2 and CO poisoning
of Pt-catalyst in the fuel cell application.
From these facts, catalytic decomposition of methane (CDM,
CH4 →2H2 + C) can be considered as the alternative route of
COx-free H2 production. In this CDM reaction, methane is decomposed
only to H2 and solid carbon, thereby eliminating the
requirement of the additional downstream processes. This solid
carbon can also be produced in a highly valuable form of carbon
nanotubes (CNTs) which have been studied for many applications
ever since it has been found by Iijima [4], such as hydrogen storage,
electronic components, polymer additives, catalyst support or
direct catalyst [5–8]. The mechanism of the formation of CNTs
during CDM reaction, which has been intensively studied in
the past [9,10], has been proposed as follows: (1) methane is
decomposed on the front surface of metal particle followed by the
dissolution of carbon atoms; (2) dissolved carbon atoms diffuse
through metal particle; and (3) finally, the dissolved carbon atoms
precipitate in the form of graphite at the rear of metal particle,
consequently detaching the metal particle from the support and
forming CNT with the exposed metal particle at its tip. According to
this mechanism known as tip-growth mechanism, metal particle
at the tip is always clean enough to react with methane, thus
allowing catalysts to maintain their activities in spite of increasing
concentration of carbon deposited on the catalysts.
Catalysts being studied in this process mainly consist of transition
metals such as Ni, Co, and Fe [11–13]. Ni-based catalysts are
known to be the most effective due to its high activity for reforming
methane and its ability to form CNTs at moderate temperature
[14]. The reported operating temperatures for Ni-supported
catalysts ranged from 500 to 900 ◦C with the maximum methane
conversion of 67% at 700 ◦C [15,16]. Although the Ni-supported catalysts exhibited high activities at moderate reaction temperature
(500–700 ◦C), but their activities at higher reaction
temperatures rapidly decreased. This is mainly due to the formation
of large agglomerated Ni0 particles on supports at such
high temperatures, which would prefer to form encapsulating
carbon instead of CNTs on the catalyst surface. It is thus desirable
to develop catalysts with appropriate and uniformed particle size
which can be performed at high reaction temperatures to achieve
high methane conversion (or high H2 purity), and at the same time
to be able to form CNTs during reaction in order to maintain the
catalytic activity for a long period of reaction time.

Kết quả (Việt) 1:

LaNiO3 Perovskit tiền thân của chất xúc tác cho các phân hủy nhanh chóng của mêtan:Ảnh hưởng của nhiệt độ và sự hiện diện của H2 trong dòng suối nguồn cấp dữ liệumột s b t r c tLaNiO3 Perovskit được sử dụng thành công như là một tiền chất kết tinh chất xúc tác cho sự phân hủy nhanh chóngmêtan vào ống nano cacbon (CNTs) và H2 COx-miễn phí. Những lợi thế của LaNiO3 Perovskit,Khi so sánh với chất xúc tác hỗ trợ bởi La2O3, là như sau: (1) khả năng để thực hiện tại cao hơn phản ứngnhiệt độ đạt được chuyển đổi cao hơn CH4, ∼90% CH4 chuyển đổi tại 800 ◦C vs chỉ 55% tại 650 ◦CĐối với chất xúc tác NiO/La2O3; (2) không vô hiệu hóa quan trọng của chất xúc tác LaNiO3; và (3) khả năng duy trìchất xúc tác hoạt động trong một thời gian dài phản ứng do khả năng của mình để hình thành CNTs ngay cả ở nhiệt độ cao phản ứng,trong khi hỗ trợ bởi La2O3 chất xúc tác chủ yếu là bắt đầu hình thành đóng gói carbon loài tại 650 ◦Cmà gây ra vô hiệu hóa nhanh chóng của chất xúc tác. CNTs thu được từ LaNiO3 Perovskit có thống nhất rất caođường kính 24 nm, đó là kích thước tương tự như Ni0 hạt sau khi giảm LaNiO3 Perovskit chất xúc tác.Hơn nữa, sự hiện diện của H2 (10 vol %) trong dòng suối nguồn cấp dữ liệu không chỉ làm giảm tỷ lệ chấm dứt hoạtPerovskit LaNiO3 chất xúc tác ở nhiệt độ cao phản ứng, nhưng cũng giúp loại bỏ carbon vô định hình trên cácbề mặt của CNTs và cải thiện cấu trúc graphitic đã ra lệnh của CNTs.1. giới thiệuHydrogen (H2) là một nguồn nhiên liệu thay thế hấp dẫn vì nó làmột năng lượng cực kỳ sạch và nước là sản phẩm duy nhất phát thải từđốt cháy của nó. Hiện nay, có rất nhiều quá trình xúc tácH2 sản xuất từ mêtan:• Hơi nước cải cách [1]: CH4 + H2O↔3H2 + CO (H298 =+206 kJ mol−1)• Giặt cải cách [2]: CH4 + CO2 ↔2H2 + 2CO (H298 =+247 kJ mol−1)• Quá trình oxy hóa một phần của metan [3]: CH4 + (1/2) O2 ↔2H2 + CO(H298 = −8.5 kJ mol−1)Tuy nhiên, các quá trình sản xuất H2 trong các hình thức tổng hợpkhí (hỗn hợp H2 và CO) với số lượng nhỏ của CO2. Vì vậy, cácthay đổi bổ sung về phía hạ lưu quá trình như nước và khí phản ứng(CO + H2O↔H2 + CO2), loại bỏ khí CO2 cũng như tách quá trìnhVì thế cần thiết để giảm thiểu số tiền của COx-loài ngườitinh khiết H2, do hiệu ứng nhà kính của ngộ độc khí CO 2 và hợp tácPt-chất xúc tác trong các ứng dụng tế bào nhiên liệu.Từ những sự kiện, phân hủy chất xúc tác của mêtan (CDM,CH4 →2H2 + C) có thể được coi là tuyến đường thay thế củaMiễn phí cOx H2 sản xuất. Trong phản ứng này CDM, metan bị phân hủychỉ để H2 và rắn cacbon, do đó loại bỏ cácyêu cầu của quá trình hạ nguồn bổ sung. Rắn nàyCarbon cũng có thể được sản xuất trong một hình thức có giá trị cao của cacbonống nano (CNTs) đã được nghiên cứu cho nhiều ứng dụngkể từ khi nó đã được tìm thấy bởi Iijima [4], chẳng hạn như hydrogen lí,linh kiện điện tử, polymer phụ gia, chất xúc tác hỗ trợ hoặcchất xúc tác trực tiếp [5-8]. Cơ chế của sự hình thành của CNTstrong phản ứng CDM, đã được nghiên cứu chuyên sâu trongtrong quá khứ [9,10], đã được đề xuất như sau: (1) metan làbị phân hủy trên bề mặt trước của hạt kim loại tiếp theo là cácsự sụp đổ của các nguyên tử cacbon; (2) khuếch tán nguyên tử cacbon hòa tanthông qua các kim loại hạt; và (3) cuối cùng, các nguyên tử cacbon hòa tankết tủa ở dạng than chì ở phía sau của kim loại hạt,do vậy việc tách hạt kim loại từ sự hỗ trợ vàhình thành các CNT với hạt kim loại tiếp xúc với mũi của mình. Theocơ chế này được gọi là cơ chế tăng trưởng Mẹo, hạt kim loạilúc đầu là luôn luôn sạch sẽ, đủ để phản ứng với metan, do đócho phép chất xúc tác để duy trì hoạt động của họ mặc dù tăngnồng độ carbon lắng đọng trên những chất xúc tác.Các chất xúc tác đang được nghiên cứu trong quá trình này chủ yếu bao gồm các quá trình chuyển đổikim loại như Ni, Co, Fe [11-13]. Chất xúc tác ni dựa trênđược biết đến là hiệu quả nhất do hoạt động cao cho cải cáchmêtan và khả năng của mình để hình thành CNTs ở nhiệt độ vừa phải[14]. nhiệt độ hoạt động báo cáo để hỗ trợ bởiCác chất xúc tác trải dài từ 500 đến 900 ◦C với mêtan tối đachuyển đổi số 67% tại 700 ◦C [15,16]. Mặc dù những chất xúc tác Ni hỗ trợ trưng bày các hoạt động cao ở nhiệt độ vừa phải phản ứng(500-700 ◦C), nhưng các hoạt động tại cao phản ứngnhiệt độ giảm nhanh chóng. Đây là chủ yếu là do sự hình thànhlớn Risorgimento Ni0 hạt trên hỗ trợ như vậynhiệt độ cao, muốn hình thức đóng góicacbon thay vì CNTs trên bề mặt chất xúc tác. Nó là như vậy, mong muốnđể phát triển các chất xúc tác với kích thước hạt phù hợp và mặc đồng phụcmà có thể được thực hiện ở nhiệt độ cao phản ứng để đạt đượcchuyển đổi cao mêtan (hoặc tinh khiết H2), và cùng một lúcđể có thể hình thức CNTs trong phản ứng để duy trì cácchất xúc tác hoạt động trong một thời gian dài của thời gian phản ứng.

Kết quả (Việt) 2:

LaNiO3 tiền chất xúc tác perovskit cho phân hủy nhanh chóng của metan:
Ảnh hưởng của nhiệt độ và sự hiện diện của H2 trong thức ăn dòng
một bstract
perovskite LaNiO3 đã được sử dụng thành công như một tiền thân tinh chất xúc tác cho sự phân hủy nhanh chóng
của mêtan vào ống nano carbon (CNTs) và COx miễn H2 . Những lợi thế của perovskite LaNiO3,
khi so sánh với Ni-hỗ trợ La2O3 chất xúc tác, như sau: (1) khả năng để thực hiện tại phản ứng cao hơn
nhiệt độ để đạt được chuyển đổi CH4 cao, ~90% chuyển đổi CH4 ở 800 ◦C so với chỉ 55% 650 ◦C
cho NiO / La2O3 chất xúc tác; (2) không có ý nghĩa Chấm dứt hoạt của LaNiO3 chất xúc tác; và (3) khả năng để duy trì
hoạt tính xúc tác trong một thời gian phản ứng dài do khả năng của nó để tạo CNTs ngay cả ở nhiệt độ phản ứng cao,
trong khi Ni-hỗ trợ La2O3 chất xúc tác chủ yếu là bắt đầu hình thành đóng gói loài carbon tại 650 ◦C
gây bất hoạt nhanh chóng của chất xúc tác . CNT thu được từ perovskite LaNiO3 có rất thống nhất
đường kính 24 nm, kích thước giống như hạt Ni0 sau khi giảm LaNiO3 perovskite chất xúc tác.
Hơn nữa, sự hiện diện của H2 (10 vol%) trong dòng thức ăn không chỉ làm giảm tỷ lệ Chấm dứt hoạt của
LaNiO3 perovskite chất xúc tác ở nhiệt độ phản ứng cao, mà còn giúp loại bỏ cacbon vô định hình trên
bề mặt của CNTs và cải thiện cấu trúc graphitic lệnh của CNT.
1. Giới thiệu
Hydrogen (H2) là một nguồn nhiên liệu thay thế hấp dẫn vì nó là
một năng lượng siêu sạch và nước là sản phẩm thải chỉ từ
quá trình đốt cháy nó. Hiện nay, có một số các quá trình xúc tác cho
việc sản xuất H2 từ metan:
• Cấp nước cải cách [1]: CH4 + H2O↔3H2 + CO (H298 =
206 kJ mol-1)
• Khô cải cách [2]: CH4 + CO2 ↔ 2H2 + 2CO (H298 =
247 kJ mol-1)
• oxy hóa một phần của metan [3]: CH4 + (1/2) O2 ↔2H2 + CO
(H298 = -8,5 kJ mol-1)
Tuy nhiên, các quá trình sản xuất H2 theo hình thức tổng hợp
khí (hỗn hợp H2 và CO) với số lượng nhỏ CO2. Do đó,
quá trình hạ nguồn bổ sung như phản ứng thay đổi nước và khí
(CO + H2O↔H2 + CO2), loại bỏ CO2 cũng như quá trình tách
được như vậy, cần thiết để giảm thiểu số lượng COx loài trong
H2 tinh khiết, do hiệu ứng nhà kính tác dụng của CO2 và CO độc
của Pt xúc tác trong việc ứng dụng tế bào nhiên liệu.
Từ những sự kiện, phân hủy xúc tác của mêtan (CDM,
CH4 → 2H2 + C) có thể được coi như các tuyến đường thay thế của
sản xuất H2 COx-miễn phí. Trong phản ứng CDM này, methane bị phân hủy
chỉ có H2 và carbon rắn, do đó loại bỏ các
yêu cầu của quá trình hạ nguồn bổ sung. Rắn này
carbon cũng có thể được sản xuất trong một hình thức có giá trị cao của cacbon
ống nano (CNT) đã được nghiên cứu trong nhiều ứng dụng
từ bao giờ nó đã được tìm thấy bởi Iijima [4], chẳng hạn như lưu trữ hydro,
linh kiện điện tử, phụ gia polymer, hỗ trợ xúc tác hoặc
chất xúc tác trực tiếp [5-8]. Cơ chế của sự hình thành của CNTs
trong phản ứng CDM, đã được càng được nghiên cứu trong
quá khứ [9,10], đã được đề xuất như sau: (1) khí mêtan được
phân hủy trên bề mặt phía trước của hạt kim loại tiếp theo là
giải thể carbon nguyên tử; (2) các nguyên tử carbon hòa tan khuếch tán
qua hạt kim loại; và (3) cuối cùng, các nguyên tử carbon hòa tan
kết tủa trong các dạng than chì ở phía sau của hạt kim loại,
do đó tách các hạt kim loại từ sự hỗ trợ và
hình thành CNT với các hạt kim loại tiếp xúc tại đỉnh của nó. Theo
cơ chế này được gọi là cơ chế đầu tăng trưởng, hạt kim loại
ở mũi luôn sạch, đủ để phản ứng với khí metan, do đó
cho phép các chất xúc tác để duy trì hoạt động của mình mặc dù tăng
nồng độ carbon lắng đọng trên các chất xúc tác.
Các chất xúc tác được nghiên cứu trong quá trình này chủ yếu bao gồm các quá trình chuyển đổi
kim loại như Ni, Co, Fe và [11-13]. Chất xúc tác Ni-based được
biết đến là hiệu quả nhất do hoạt động cao cho cải cách
metan và khả năng của nó để tạo CNTs ở nhiệt độ vừa phải
[14]. Nhiệt độ hoạt động báo cáo cho Ni-hỗ trợ
xúc tác dao động 500-900 ◦C với mêtan tối đa
chuyển đổi 67% tại 700 ◦C [15,16]. Mặc dù các chất xúc tác Ni-hỗ trợ trưng bày hoạt động cao ở nhiệt độ phản ứng vừa phải
(500-700 ◦C), nhưng các hoạt động của họ tại phản ứng cao hơn
nhiệt độ giảm nhanh chóng. Điều này chủ yếu là do sự hình thành
của các hạt Ni0 kết tụ lớn trên ngưỡng hỗ trợ như
nhiệt độ cao, mà muốn để hình thành đóng gói
carbon thay vì CNTs trên bề mặt chất xúc tác. Nó là như vậy, mong muốn
phát triển các chất xúc tác có kích thước hạt phù hợp và đồng bộ
có thể được thực hiện ở nhiệt độ phản ứng cao để đạt được
chuyển đổi methane cao (hoặc độ tinh khiết H2 cao), và cùng một lúc
để có thể tạo CNTs trong phản ứng để duy trì các
hoạt động xúc tác trong một thời gian dài của thời gian phản ứng.