Synthesis and properties of the Ni-based catalysts for the valorization of ethanol and glycerol via steam reforming reaction for hydrogen production
Synthèse et propriétés de catalyseurs à base de Ni pour la valorisation d'éthanol et de glycérol par vaporeformage catalytique pour la production d'hydrogène
Résumé
The three catalytic families based on Ni-containing perovskites: massive [LnFe1-x-yNiyMxO3-δ] (Ln=La, Pr; B=Co, Mn, Ru), supported [mLnNi0.9Ru0.1О3/nMg-γ-Al2O3] (Ln = La, Pr) and structured [mLaNi0.9Ru0.1О3/nMg-γ-Al2O3/structured foams] were synthesized, characterized and tested in the reactions of the ethanol and glycerol steam reforming. The effects of the chemical composition and synthesis method on the structural and textural properties, as well as on reducibility of initial samples were evaluated. The preferred use of Pr, Ni and Ru in the catalyst composition was shown for all families. The essential role of the effective γ-Al2O3 support modification with the ≥10 % wt. of Mg introduced by wetness impregnation for the supported catalyst was also proved. Catalysts of the optimal composition providing a high activity in steam reforming of both ethanol and glycerol at T= 650 °С were found: the best massive catalyst based on the PrFe0.6Ni0.3Ru0.1O3 precursor provides high activity for at least 7 hours, which is explained by the ease of their reduction and the oxidation-reduction properties of the praseodymium oxide formed. Supported 10-20% PrNi0.9Ru0.1O3/10-15%Mg-γ-Al2O3 provide the greatest yield of hydrogen (~ 90%) and stability for ~ 20 hours. Structured catalyst based on the metal Ni-Al platelet provides the yield of hydrogen 80-87% in oxy-steam and steam reforming of ethanol in the concentrated mixtures (ethanol concentration of 30%) in a pilot reactor for 40 hours. The results obtained make these structured catalytic systems very promising to use in electrochemical generators based on fuel cells with the use of inexpensive renewable resource – bio-oil.
Les trois familles catalytiques à base de perovskites contenant du Ni: massives [[LnFe1-x-yNiyMxO3-δ] (Ln=La, Pr; B=Co, Mn, Ru), sur support [mLnNi0.9Ru0.1О3/nMg-γ-Al2O3] (Ln = La, Pr) et structuré [mLaNi0.9Ru0.1О3/nMg-γ-Al2O3/mousses structurées] ont été synthétisés, caractérisés et testés dans les réactions de vaporeformage de l'éthanol et de glycérol. Les effets de la composition chimique et de la méthode de synthèse sur les propriétés structurelles et texturales, ainsi que sur la réductibilité des échantillons initiaux ont été évalués. L'utilisation préférentielle de Pr, Ni et Ru dans la composition de catalyseur a été démontrée pour toutes les familles. Le rôle essentiel de la modification du support γ-Al2O3 avec ≥ 10%mass de Mg introduit par imprégnation humide pour le catalyseur supporté a également été prouvé. Des catalyseurs de la composition optimale fournissant une activité élevée dans le vaporeformage de l'éthanol et du glycérol à T = 650 °C ont été trouvés: le meilleur catalyseur massif à base du précurseur PrFe0.6Ni0.3Ru0.1O3 fournit une activité élevée pendant au moins 7 h, grâce à la facilité de leur réduction et les propriétés d'oxydoréduction de l'oxyde de praséodyme formé. Les catalyseurs sur support 10-20% PrNi0.9Ru0.1O3/10-15%Mg-γ-Al2O3 fournissent le meilleur rendement en hydrogène (~ 90%) et la stabilité pendant ~ 20 heures. Le catalyseur structuré optimisé à base de la plaquette Ni-Al métallique fournit le rendement stable en hydrogène 80-87% dans l’oxy-vaporeformage d'éthanol dans les mélanges concentrés (concentration d'éthanol de 30%) dans un réacteur pilote pendant 40 heures. Les résultats obtenus rendent ces systèmes catalytiques structurés très prometteurs à utiliser dans les générateurs électrochimiques à base de piles à combustible avec l'utilisation de ressources renouvelables peu coûteuses comme bio-huile.
Domaines
Catalyse| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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