Methanation of carbon dioxide using sepiolite supported Nickel catalysts

Abstract

Sepiolite supported catalysts with different nickel content were synthesized by the impregnation method and characterized using XRD and FT-IR techniques. The activity tests of the prepared catalysts were subjected to calcination and reduction in H2 atmosphere before being tested in the reaction of converting CO2 to CH4. Experimental studies were carried out at atmospheric pressure at 300, 400, 500, 600°C and H2:CO2 feed ratio was used as 4:1. The activities of the prepared catalysts in CO2 methanation were determined according to the flow values and gas product compositions in terms of CO2 conversion (XCO2) and CH4 selectivity (SCH4). The high Ni-content catalyst provided higher CO2 conversion than the other catalyst at 300 and 400°C. A very high (over 98%) CH4 selectivity value was achieved at 300 and 400°C for both catalysts. On the other hand, XCO2 and SCH4 values of the catalysts started to decrease when 400°C was exceeded. The results obtained were found to be compatible with similar studies in the literature. In this study, the highest XCO2 values were obtained at 400°C. Therefore, the most suitable CO2 methanation temperature for sepiolite supported Ni catalysts was determined as 400°C. In addition, it has been determined that sepiolite is a suitable support material for Ni catalysts to be used in CO2 methanation.

Farklı miktarda nikel içeriğine sahip sepiyolit destekli katalizörler emdirme yöntemiyle sentezlendikten sonra XRD ve FT-IR teknikleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Hazırlanan katalizörlerin aktivite testleri CO2’nin CH4’e dönüştürülmesi reaksiyonunda test edilmeden önce kalsinasyon ve H2 atmosferinde indirgeme işlemlerine tabi tutulmuştur. Deneysel çalışmalar atmosfer basıncında 300, 400, 500, 600°C sıcaklıklarda gerçekleştirilmiş ve H2:CO2 besleme oranı 4:1 olarak kullanılmıştır. Hazırlanan katalizörlerin CO2 metanasyonundaki aktiviteleri, CO2 dönüşümü (XCO2) ve CH4 seçiciliği (SCH4) açısından akış değerlerine ve gaz ürün bileşimlerine göre belirlenmiştir. Yüksek Ni içerikli katalizör, 300 ve 400°C’de diğer katalizörden daha yüksek CO2 dönüşümü sağlamıştır. Her iki katalizörden de 300 ve 400°C’de çok yüksek (%98’in üzerinde) CH4 seçicilik değerine ulaşılmıştır. Diğer taraftan 400°C aşıldığında katalizörlerin XCO2 ve SCH4 değerleri azalmaya başlamıştır. Elde edilen sonuçların literatürdeki benzer çalışmalarla uyumlu olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmada en yüksek XCO2 değerleri 400°C’de elde edilmiştir. Bu nedenle sepiyolit destekli Ni katalizörler için en uygun CO2 metanasyon sıcaklığı 400°C olarak belirlenmiştir. Ayrıca sepiyolitin CO2 metanasyonunda kullanılacak Ni katalizörler için uygun bir destek malzemesi olduğu belirlenmiştir.