Idrogenazione diretta della CO2 ad idrocarburi liquidi tramite sintesi Fischer-Tropsch modificata: studio dell’effetto dei pretrattamenti su catalizzatori a base ferro = Direct hydrogenation of CO2 to liquid hydrocarbons by modified Fischer-Tropsch synthesis: study of the effect of pretreatments on iron-based catalysts

Le emissioni di CO2 causate dal continuo utilizzo dei combustibili fossili come fonte di energia primaria, sono tra le principali responsabili del cambiamento climatico e degli effetti ad esso correlato. È quindi necessario, in ottica di un futuro sostenibile, trovare delle soluzioni per far fronte a tali problemi. L’idrogenazione catalitica della CO2 rappresenta una delle possibili soluzioni in grado di valorizzare una specie chimicamente inerte per la produzione di chemical e combustibili gassosi o liquidi. Questo lavoro di tesi è focalizzato sull’idrogenazione diretta della CO2 a combustibili liquidi mediata da catalizzatori a base di ossidi di ferro. Il catalizzatore Fe3O4 è stato dopato con il 5% in peso di Na, metallo alcalino che aumenta la riducibilità del catalizzatore favorendo l’adsorbimento della CO2 e la selettività verso le olefine e i prodotti C6+. I campioni pre/post reazione sono stati caratterizzati investigando le proprietà redox (TPR), la proprietà strutturali (BET), la morfologia (SEM), la composizione superficiale (XPS e spettroscopia Raman) e la composizione del bulk (XRD e spettroscopia Mössbauer). Sono stati analizzati gli effetti dei pretrattamenti (calcinazione, attivazione e carburizzazione) sulle performance dei campioni testati. Per i test è stato impiegato un reattore a letto fisso e due stati di condensazione (high-temperature e low temperature) al fine di collezionare una frazione leggera e una pesante dell’olio prodotto, successivamente analizzati tramite gascromatografia. I campioni pretrattati sono stati testati a diverse temperature (320-380°C) e successivamente passivati. Tra i campioni testati, il campione A (calcinato e successivamente ridotto con H2) è risultato il migliore in termini di prestazioni: conversione della CO2 del 36.29%, selettività a prodotti C6+ del 27.9%, selettività ad olefine C2-C5 del 38.06%, ad una temperatura di 360°C, P = 2 bara e una WHSV di 53.37 g h/molC. Tramite le analisi XRD e spettroscopia Mössbauer è stato confermato che il campione A spent (AS) presenta la maggiore percentuale (in massa) del carburo di Hägg Fe5C2 rispetto agli altri campioni testati, evidenziando l’importanza di tale fase per ottenere maggiori selettività ad olefine C2-C5 e selettività a prodotti C6+.