Penghasilan metanol melalui penghidrogenan langsung karbon dioksida (CO2) adalah strategi yang penting untuk mempertingkatkan penggunaan CO2 dan pendekatan yang praktikal untuk menjamin pembangunan mampan. Pengsintesisan mangkin yang aktif adalah kritikal bagi meningkatkan kecekapan tindak balas ini dan menggalakkan perkembangan teknologi tersebut. Selepas saringan yang rapi, mangkin multi-komponen 0.6Cu/0.15ZnO/0.05MnO/1.0SBA-15 (CZM/SBA-15) berjaya dihasilkan. Penggunaan SBA-15 sebagai penyokong mangkin memberi kesan yang menggalakkan pada tekstur mangkin. Penambahan MnO mempertingkatkan saling tindak antara oksida tembaga dan oksida-oksida lain dalam mangkin. Selain itu, MnO juga menggalakkan pembentukan kristal tembaga yang kecil. Dengan demikian, kapasiti penjerapan hidrogen mangkin dipertingkatkan dan menyebabkan kekuatan hidrogenasi mangkin bertambah. Saling tindak yang sederhana antara CZM/SBA-15 dan molekul-molekul CO2 didapati penting untuk meningkatkan penukaran CO2. Kememilihan metanol telah meningkat kepada lebih dari 90% kerana wujudnya kawasan antara muka logam-oksida untuk menstabilkan perantaraan tindak balas. Kemudian, kesan morfologi penyokong berliang pada kristal tembaga dan kemeresapan berkesan (pekali bersandar pada geometri liang) mangkin dikaji. Penyokong silika berliang yang dipilih untuk kajian adalah SBA-15, MCF dan KIT-6. Mangkin yang disokong pada KIT-6 (CZM/KIT-6) didapati mempunyai sifat yang unggul di kalangan mangkin tersebut. Morfologi KIT-6 membendung palam mesopore dan mempromosikan pembentukan kristal tembaga yang kecil. CZM/KIT-6 juga mampu membendung pertumbuhan kristal tembaga dan kehilangan kawasan permukaan tembaga semasa tindak balas akibat daripada penyekatan liang KIT-6 dan jarak antara kristal tembaga yang lebih besar. Kemeresapan berkesan CZM/KIT-6 yang lebih tinggi membolehkan pemindahan molekul bahan tindak balas ke tapak aktif serta pengalihan produk tindak balas yang lebih berkesan. Seterusnya, kesan halaju ruang berat setiap jam (WHSV, 8-120 L/gmangkin jam), suhu tindak balas (160-260°C) dan tekanan (1.0-5.0 MPa) terhadap prestasi CZM/KIT-6 dikaji. Sambutan penukaran CO2 dan kememilihan methanol terhadap parameter proses tersebut mematuhi termodinamik tindak balas. Dalam kajian kestabilan, prestasi CZM/KIT-6 sepanjang 120 jam didapati senggara pada tahap yang tinggi. Berbanding dengan mangkin terturun, pertumbuhan kristal tembaga CZM/KIT-6 yang digunakan dalam ujikaji kestabilan adalah 50.7% dan kehilangan kawasan permukaan tembaga adalah 33.9%. Secara purata, penukaran CO2 mencapai 27.6% dan kememilihan metanol adalah 88.3%. Purata penghasilan metanol adalah 24.4% dan ini sepadan dengan kadar penghasilan metanol sebanyak 71.6 mol/kgmangkin jam.
_______________________________________________________________________
Methanol production from direct CO2 hydrogenation is a useful strategy to utilize CO2 and a practical approach to sustainable development. Improving the efficiency of the reaction is crucial for encouraging the decentralize of the technology and this is achievable via the development of active catalysts. After rigorous screenings, multi-component 0.6Cu/0.15ZnO/0.05MnO/1.0SBA-15 (CZM/SBA-15) was developed in this study. The introduction of SBA-15 as catalyst support effectively improved the catalyst texture. The addition of MnO as promoter created strong interactions between CuO and other oxide species in the catalyst. Besides, MnO also promoted the formation of small copper crystallites. In this way, the hydrogen adsorption capacity of the catalyst was enhanced, leading to strong hydrogenation strength. A moderate interaction between CZM/SBA-15 and CO2 molecules was found crucial for enhancing CO2 conversion. The methanol selectivity was remarkably increased to more than 90% due to the availability of metal-oxide(s) interfacial area to stabilize reaction intermediates. Then, the morphological impact of porous supports on copper crystallites and effective diffusivity (catalyst pore-geometry dependent coefficient) of catalyst were investigated. The porous supports selected for investigation were SBA-15, MCF and KIT-6. Among all, KIT-6 supported catalyst (CZM/KIT-6) presented the most superior properties. The morphology of KIT-6 deterred mesopore plugging and favoured the formation of small copper crystallites. CZM/KIT-6 also possessed greater resistance to copper crystallite growth and loss of copper surface area during reaction due to the pore-confining effect of the porous support and the larger inter-crystallite spacing between copper crystallites. The high effective diffusivity of CZM/KIT-6 enhanced the transfer of reactant molecules to active sites and the removal of reaction products. Next, the effect of weight-hourly space velocity (WHSV, 8-120 L/gcat.h), reaction temperature (160-260°C) and pressure (1.0-5.0 MPa) on the performance of CZM/KIT-6 were investigated. The response of CO2 conversion and methanol selectivity to these parameters strictly obey the reaction thermodynamic. In stability study, the performance of CZM/KIT-6 during 120 h time-on-stream was maintained at high level. Compared to the pre-reduced catalyst, the copper crystallite growth of CZM/KIT-6 spent in the stability experiment was 50.7% and the loss of copper surface area was 33.9%. On the average, the CO2 conversion attained was 27.6% and the methanol selectivity was 88.3%. The average methanol yield was 24.4% and this corresponds to methanol formation rate of 71.6 mol/kgcat.h.
Catalytic performance of multi-component copper-based catalyst for direct carbon dioxide hydrogenation to methanol_Koh Mei Kee_K4_2018_MYMY