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Sviluppo di sistemi catalitici ibridi per l’idrogenazione catalitica diretta di CO2 ad olefine leggere = Development of hybrid catalytic systems for direct catalytic hydrogenation of CO2 to light olefins

Marco Lo Piccolo

Sviluppo di sistemi catalitici ibridi per l’idrogenazione catalitica diretta di CO2 ad olefine leggere = Development of hybrid catalytic systems for direct catalytic hydrogenation of CO2 to light olefins.

Rel. Raffaele Pirone, Giuseppe Bonura. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Chimica E Dei Processi Sostenibili, 2021

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Abstract:

Questo lavoro di Tesi per il conseguimento della Laurea Magistrale in Ingegneria Chimica e dei Processi Sostenibili è stato svolto presso il CNR-ITAE “Nicola Giordano” di Messina. La finalità del lavoro sperimentale è stata quella di studiare sistemi catalitici e metodi sperimentali adeguati alla sintesi di olefine leggere quali mattoni indispensabili per la produzione di biopolimeri, usando come materia prima la CO2. È noto, infatti, che l’anidride carbonica rappresenta l’ultimo prodotto di ossidazione generato in ogni processo di combustione e la sua trasformazione in un prodotto a più alto valore aggiunto rappresenta una tematica di ricerca di grande interesse da un punto di vista energetico, economico e ambientale. In particolare, nel presente lavoro di Tesi, sono stati preparati quattro catalizzatori ternari, coprecipitando in soluzione ammoniacale, assieme ai precursori di ferro e rame, un terzo precursore di alluminio, cerio, zinco o manganese, al fine di studiarne l’influenza sul comportamento catalitico nella reazione di idrogenazione diretta della CO2 ad olefine. Una volta calcinati ed attivati, il comportamento catalitico di questi quattro sistemi è stato confrontato con quello di un catalizzatore commerciale GTL (prodotto dalla SASOL) e convenzionalmente utilizzato nella sintesi di Fischer-Tropsch via gas di sintesi (miscele CO/H2) per la produzione di idrocarburi. La reazione è stata condotta in un reattore a letto fisso, alimentando H2 e CO2 in fase gassosa con un rapporto volumetrico 3:1. I catalizzatori sono stati caratterizzati mediante diverse tecniche chimico-fisiche, al fine di determinarne le proprietà analitiche, morfologiche, strutturali e superficiali. L’attività sperimentale svolta ha dimostrato come il metodo di coprecipitazione consenta di ottenere una buona sinergia tra i tre ossidi metallici presi in considerazione. Lo studio delle proprietà superficiali dei catalizzatori ha evidenziato che la conversione di CO2 dipende dall’entità della riduzione della fase attiva e dal chemisorbimento dei reagenti. Complessivamente, l’analisi della distribuzione idrocarburica dei vari sistemi ha evidenziato come l’introduzione di MnO2 nel sistema Fe-Cu consenta il raggiungimento di produttività specifiche ad olefine più elevate sia in termini di unità di massa (64.9 g/gcat/h) che in termini di unità di superficie (1.0 g/m2/h) del catalizzatore., in quanto la promozione del sistema catalitico con manganese può effettivamente facilitare l'adsorbimento di CO2 e l'attivazione dei legami C=O, massimizzando la formazione primaria di olefine e limitando la loro idrogenazione secondaria a paraffine. I test di durata hanno dimostrato, infine, per tutti i sistemi investigati una sostanziale stabilità catalitica nel tempo per oltre 5000 min, a fronte di una variabile tempo iniziale di costituzione della fase cataliticamente attiva. In ogni caso, nelle condizioni sperimentali adottate solo i catalizzatori Fe-Cu-Zn e Fe-Cu-Mn hanno mantenuto la produttività a idrocarburi più elevata nel tempo, con un valore pressoché costante e prossimo a 2.8 mmol/gcat/h.

Relators: Raffaele Pirone, Giuseppe Bonura
Academic year: 2021/22
Publication type: Electronic
Number of Pages: 93
Subjects:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Chimica E Dei Processi Sostenibili
Classe di laurea: New organization > Master science > LM-22 - CHEMICAL ENGINEERING
Aziende collaboratrici: CNR- ISTITUTO DI TECNOLOGIE AVANZATE PER L'ENERGIA "Nicola Giordano"
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/20731
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