Idrogenazione della benzina di pirolisi mediante il nuovo Ni

May 02, 2023

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 19428 (2022) Citare questo articolo

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La benzina da pirolisi è il prezioso sottoprodotto della decomposizione termica delle frazioni petrolifere più pesanti in un'unità olefinica ad alto contenuto aromatico. Per separare tali componenti aromatici, in primo luogo, questo prodotto dovrebbe essere idrogenato. In questo contributo, nuovi catalizzatori nanostrutturali derivati ​​dalla struttura metallo-organica zeolitica, vale a dire ZIF-8 e ZIF-67, sono stati utilizzati per studiare la loro capacità di idrogenazione. Grazie alla sua grande capacità di idrogenazione del nichel, le strutture di ZIF-8 e ZIF-67 sono state migliorate dal nichel attraverso la sintesi in situ. Inoltre, per migliorare la dimensione dei pori dei catalizzatori e le loro proprietà elettroniche, i catalizzatori sintetizzati sono stati pirolizzati sotto azoto a 450 °C e cinque catalizzatori, vale a dire Co/NC, ZnCo/NC, ZnNi/NC, CoNi/NC e ZnCoNi /NC sono stati creati. I risultati hanno indicato che il CoNi/NC ha mostrato prestazioni di idrogenazione superiori (conversione del 69,5% delle olefine totali) rispetto agli altri. Inoltre, i catalizzatori sintetizzati senza il processo di carbonizzazione non hanno subito alcuna conversione nel processo di idrogenazione perché in queste strutture non è presente un sito attivo. Gli attuali catalizzatori sintetizzati possono competere con i costosi catalizzatori di idrogenazione a base di Pt o Pd grazie alla loro elevata area superficiale e alle grandi proprietà elettroniche.

Esistono diversi usi per la benzina di pirolisi (PyGas), un prezioso sottoprodotto della decomposizione termica delle frazioni petrolifere più pesanti in un'unità olefinica. Contiene idrocarburi aromatici come BTX, i derivati ​​e componenti insaturi tra cui mono- e di-olefine. Inoltre, il PyGas, a causa del suo indice di ottano tipicamente elevato, può essere considerato una potenziale materia prima per la produzione di composti aromatici e quindi una miscela di benzina1,2,3. Tuttavia, è indispensabile stabilizzare le sostanze chimiche insaturi, che sono agenti gengivali, per continuare a utilizzare PyGas nel processo. Vale a dire, l'idrogenazione catalitica del PyGas è stata il modo tradizionale per stabilizzare tali composti4,5. Si inizia con l'idrogenazione selettiva delle diolefine e degli alchenil aromatici a basse temperature senza saturazione con altri idrocarburi insaturi; il prodotto risultante può essere utilizzato come base per miscele di carburanti benzina. Successivamente, gli aromatici vengono completamente idrogenati per rimuovere eventuali residui di zolfo o olefine ad alte temperature, che rappresenta la seconda fase del processo3,6.

L'idrogenazione di PyGas ha recentemente suscitato molto interesse a causa del costo economico, della tossicità minima e della forte resistenza alla gomma dei catalizzatori al nichel supportati7,8,9. Tuttavia, a causa dei massicci aggregati di Ni, i catalizzatori monometallici di Ni spesso hanno sofferto di una scarsa efficienza catalitica. Il processo di idrogenazione PyGas utilizza una varietà di catalizzatori bimetallici a base di Ni, tra cui NiPt10, NiZn11, NiMo12 e NiCo12. È dimostrato che i catalizzatori bimetallici possono sovraperformare i catalizzatori monometallici in diversi processi industriali13,14,15. Rispetto ai catalizzatori monometallici Ni o Ru, i catalizzatori bimetallici NiRu hanno dimostrato di avere effetti sinergici in vari processi catalitici16,17,18. Questi cluster o leghe sono il risultato dello stretto contatto tra gli atomi bimetallici.

In particolare, il progresso delle caratteristiche di stoccaggio dell’idrogeno delle strutture metallo-organiche (MOF) negli ultimi anni ha reso la catalisi di idrogenazione uno degli usi più favorevoli dei MOF19,20,21,22,23. Nell'industria chimica, le reazioni di idrogenazione sono ampiamente applicate e in questi processi è fondamentale un catalizzatore di idrogenazione efficace. Grazie ai loro distinti vantaggi, i materiali MOF possono essere utilizzati in un’ampia varietà di processi di idrogenazione. Inoltre, i MOF possono essere impiegati sia come supporto per materiali di stoccaggio dell'idrogeno altamente dispersi che critici. Di conseguenza, i MOF nella catalisi di idrogenazione presentano un vantaggio rispetto ad altri catalizzatori. Tuttavia, è fondamentale ricordare che non tutti i materiali MOF sono adatti all’idrogenazione catalitica. Affinché i ricercatori possano elaborare progetti plausibili, devono tenere conto delle proprietà uniche di ogni materiale MOF e dei diversi processi di idrogenazione che si verificano.