Ảnh Hưởng Của Carbon Monoxide Đến Quá Trình Methane Hóa Carbon Dioxide Trên Xúc Tác Nickel Oxide

Nghiên cứu ảnh hưởng của carbon monoxide đến quá trình methan hóa carbon dioxide trên xúc tác nickel oxide trong kỹ thuật dầu khí.

• Tác giả: Đỗ Phạm Noa Uy
• Người hướng dẫn: GS. Lưu Cẩm Lộc
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa dầu
• Đề tài: Ảnh Hưởng Của Carbon Monoxide Đến Quá Trình Methane Hóa Carbon Dioxide Trên Xúc Tác Nickel Oxide
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Methane Hóa CO2 Xúc Tác NiO và CO Ảnh Hưởng

Phản ứng methane hóa CO2 đang thu hút sự quan tâm lớn như một giải pháp tiềm năng để giảm lượng khí thải carbon dioxide và sản xuất nhiên liệu tổng hợp. Quá trình này sử dụng các xúc tác nickel oxide (NiO), nổi tiếng với chi phí thấp và hoạt tính xúc tác cao so với các kim loại quý. Tuy nhiên, sự hiện diện của carbon monoxide (CO) trong dòng khí phản ứng có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của xúc tác NiO. Nghiên cứu này tập trung vào việc làm sáng tỏ những tác động của CO đến quá trình methane hóa CO2 trên các xúc tác NiO khác nhau, bao gồm cả những chất được biến tính với các chất xúc tiến và hỗ trợ khác nhau.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Methane Hóa CO2 Trong Biến Đổi Khí Hậu

Nồng độ carbon dioxide trong khí quyển đang tăng lên do việc đốt nhiên liệu hóa thạch và các hoạt động công nghiệp, gây ra biến đổi khí hậu và các vấn đề môi trường nghiêm trọng. Methane hóa CO2, biến CO2 thành methane (CH4), là một phương pháp hứa hẹn để giảm lượng khí thải CO2 và tạo ra nguồn nhiên liệu thay thế. Quá trình này sử dụng hydro (H2) để chuyển đổi CO2 thành CH4 và nước (H2O), và cần có xúc tác để tăng tốc độ phản ứng. CO có thể tác động lớn đến tốc độ và độ chọn lọc của quá trình methane hóa.

1.2. Vai Trò Của Xúc Tác Nickel Oxide Trong Phản Ứng Methane Hóa

Xúc tác nickel oxide là một trong những vật liệu xúc tác được nghiên cứu rộng rãi nhất cho phản ứng methane hóa CO2 do chi phí thấp, tính sẵn có cao và hoạt tính xúc tác tương đối tốt. Hoạt tính của xúc tác NiO có thể được cải thiện bằng cách điều chỉnh kích thước hạt, diện tích bề mặt và các đặc tính hóa học của nó. Các chất xúc tiến như MgO, CeO2, Pt, CaO và Urea có thể được thêm vào xúc tác NiO để tăng cường hoạt tính và độ bền của nó. Chất mang (Al2O3, SBA-15, MSN) đóng vai trò quan trọng trong việc phân tán NiO và ảnh hưởng đến các đặc tính lý hóa của xúc tác.

II. Thách Thức Ảnh Hưởng Của CO Đến Hoạt Tính Xúc Tác Methane Hóa

Sự hiện diện của carbon monoxide (CO) trong dòng khí phản ứng có thể tạo ra những ảnh hưởng phức tạp đến quá trình methane hóa CO2 trên xúc tác nickel oxide. CO có thể cạnh tranh với CO2 về vị trí hấp phụ trên bề mặt xúc tác, có khả năng làm giảm hoạt tính methane hóa CO2. Mặt khác, CO cũng có thể tham gia vào quá trình hình thành methane, theo một cơ chế khác với CO2. Hiểu rõ cơ chế tương tác giữa CO, CO2 và xúc tác NiO là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất của quá trình methane hóa.

2.1. Cạnh Tranh Hấp Phụ Giữa CO và CO2 Trên Bề Mặt Xúc Tác

CO và CO2 có thể cạnh tranh về các vị trí hấp phụ trên bề mặt xúc tác NiO. CO thường có ái lực hấp phụ cao hơn CO2, dẫn đến việc CO chiếm ưu thế trên bề mặt xúc tác và cản trở sự hấp phụ của CO2. Sự cạnh tranh hấp phụ này có thể làm giảm tốc độ methane hóa CO2 và ảnh hưởng đến độ chọn lọc của sản phẩm. Sự khác biệt về cơ chế hấp phụ CO trên NiO và cơ chế hấp phụ CO2 trên NiO cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

2.2. Ảnh Hưởng Của CO Đến Sự Hình Thành Cốc Trên Xúc Tác NiO

Carbon monoxide có thể góp phần vào sự hình thành cặn carbon (cốc) trên bề mặt xúc tác NiO, đặc biệt ở nhiệt độ cao. Cốc có thể làm tắc nghẽn các vị trí hoạt động trên xúc tác và làm giảm hoạt tính xúc tác theo thời gian. Nghiên cứu về ảnh hưởng của CO đến sự tạo cốc trên xúc tác là rất quan trọng để phát triển các xúc tác bền và ổn định hơn cho quá trình methane hóa CO2.

III. Nghiên Cứu Tỉ Lệ CO CO2 Tối Ưu Methane Hóa Trên Nickel Oxide

Nghiên cứu này tập trung vào việc điều chế và đặc trưng hóa các xúc tác NiO được hỗ trợ trên các chất mang khác nhau (γ-Al2O3, SBA-15, MSN) và biến tính bằng các chất xúc tiến khác nhau (MgO, CeO2, Pt, CaO, Urea). Các xúc tác được khảo sát bằng các kỹ thuật như XRD, BET, SEM, TEM, H2-TPR và CO2-TPD để xác định các đặc tính lý hóa của chúng. Hoạt tính xúc tác của các vật liệu được đánh giá trong phản ứng methane hóa CO2 với sự hiện diện và vắng mặt của CO trong dòng khí phản ứng. Mục tiêu là xác định tỷ lệ CO/CO2 ảnh hưởng methane hóa tối ưu để đạt được hiệu suất cao nhất.

3.1. Phương Pháp Điều Chế Xúc Tác NiO Với Chất Mang Khác Nhau

Các xúc tác NiO được điều chế bằng phương pháp tẩm ướt, một phương pháp đơn giản và hiệu quả để phân tán kim loại trên chất mang. Các chất mang γ-Al2O3, SBA-15 và MSN được tẩm với dung dịch nickel nitrate và các chất xúc tiến khác nhau. Sau khi sấy khô và nung, các vật liệu thu được được đặc trưng hóa để xác định các đặc tính của chúng, bao gồm diện tích bề mặt, kích thước lỗ xốp, thành phần pha và hình thái bề mặt. Quá trình NiO catalyst synthesis được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo sự phân tán tốt của NiO và các chất xúc tiến trên chất mang.

3.2. Đánh Giá Hoạt Tính Xúc Tác Trong Môi Trường CO Khác Nhau

Hoạt tính xúc tác của các xúc tác NiO được đánh giá trong phản ứng methane hóa CO2 với hai hỗn hợp khí khác nhau: (19% mol CO2 + 1% mol CO)/H2 và (19% mol CO2 + 1% mol N2)/H2. Phản ứng được thực hiện trong một lò phản ứng dòng vi lượng ở nhiệt độ từ 225°C đến 400°C và áp suất khí quyển. Độ chuyển hóa CO2, độ chuyển hóa CO và độ chọn lọc CH4 được xác định để đánh giá hiệu suất của xúc tác. Sự khác biệt về hoạt tính xúc tác giữa hai hỗn hợp khí được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của CO đến hoạt tính xúc tác.

3.3. Nghiên cứu động học phản ứng methane hóa CO2

Nghiên cứu động học phản ứng methane hóa CO2 được thực hiện để hiểu rõ hơn về cơ chế phản ứng và vai trò của CO trong quá trình này. Các thông số động học như năng lượng hoạt hóa và hệ số tần số được xác định để đánh giá tốc độ phản ứng và ảnh hưởng của nhiệt độ. Các mô hình động học khác nhau được sử dụng để mô tả quá trình phản ứng và xác định các bước giới hạn tốc độ.

IV. Kết Quả CO Tăng Cường Methane Hóa CO2 Trên Xúc Tác Nickel

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng sự hiện diện của CO trong dòng khí phản ứng có thể tăng cường đáng kể hoạt tính methane hóa CO2 trên các xúc tác NiO. Sự gia tăng hoạt tính được cho là do sự hình thành các vị trí hoạt động mới trên bề mặt xúc tác do sự hấp phụ CO, cũng như sự cải thiện khả năng khử của NiO và sự gia tăng tính bazơ của chất mang. Tuy nhiên, ảnh hưởng của CO đến sự hình thành methane còn phụ thuộc vào loại chất xúc tiến và chất mang được sử dụng.

4.1. Tác Động Của CO Đến Độ Chuyển Hóa CO2 Và Độ Chọn Lọc CH4

Việc bổ sung CO vào dòng khí phản ứng dẫn đến sự gia tăng độ chuyển hóa CO2 và độ chọn lọc CH4 trên hầu hết các xúc tác NiO được nghiên cứu. Độ chuyển hóa CO2 tăng lên từ 3-25% đối với các xúc tác hỗ trợ trên γ-Al2O3 và từ 4-8% đối với các xúc tác hỗ trợ trên SBA-15 và MSN. Độ chọn lọc CH4 luôn đạt từ 95-100% đối với các xúc tác hỗ trợ trên γ-Al2O3 và cao hơn 90% đối với các xúc tác hỗ trợ trên SBA-15 và MSN.

4.2. Cơ Chế Tăng Cường Hoạt Tính Xúc Tác Của CO

CO có thể tăng cường hoạt tính xúc tác bằng cách tạo ra các vị trí hoạt động mới trên bề mặt xúc tác. Sự hấp phụ CO có thể làm thay đổi cấu trúc điện tử của NiO và tạo ra các vị trí khuyết oxy, nơi CO2 có thể hấp phụ và phản ứng dễ dàng hơn. CO cũng có thể cải thiện khả năng khử của NiO, giúp chuyển đổi CO2 thành CO và sau đó thành CH4. Sự ảnh hưởng của CO đến sự hình thành methane bao gồm sự gia tăng tính bazơ của chất mang, giúp hấp phụ CO2 và tạo điều kiện cho phản ứng methane hóa.

4.3. Ảnh hưởng của CO đến tính chọn lọc methane hóa CO2

Sự hiện diện của CO trong hỗn hợp phản ứng không chỉ ảnh hưởng đến độ chuyển hóa CO2 mà còn đến tính chọn lọc của phản ứng. CO có thể ức chế các phản ứng phụ không mong muốn, như phản ứng reverse water gas shift (RWGS), do đó làm tăng độ chọn lọc methane.

V. Ứng Dụng Xúc Tác NiO Cải Tiến Cho Methane Hóa CO2 Hiệu Quả

Nghiên cứu này cung cấp thông tin chi tiết về ảnh hưởng của CO đến quá trình methane hóa CO2 trên xúc tác NiO. Các kết quả có thể được sử dụng để thiết kế các xúc tác NiO cải tiến cho methane hóa hiệu quả hơn và bền hơn. Việc tối ưu hóa thành phần xúc tác, chất mang và điều kiện phản ứng có thể giúp tăng cường hoạt tính và độ chọn lọc của quá trình methane hóa CO2, mở đường cho việc sản xuất nhiên liệu tổng hợp bền vững.

5.1. Thiết Kế Xúc Tác NiO Tối Ưu Cho Môi Trường CO Khác Nhau

Việc lựa chọn chất xúc tiến và chất mang phù hợp là rất quan trọng để thiết kế các xúc tác NiO tối ưu cho môi trường CO khác nhau. Các chất xúc tiến có tính bazơ mạnh như MgO và CaO có thể giúp hấp phụ CO2 và tăng cường hoạt tính methane hóa trong môi trường có CO. Chất mang có diện tích bề mặt cao và cấu trúc lỗ xốp phù hợp, như SBA-15 và MSN, có thể giúp phân tán NiO và cải thiện khả năng tiếp cận của CO2 và H2 đến các vị trí hoạt động.

5.2. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Methane Hóa CO2 Trong Công Nghiệp

Quá trình methane hóa CO2 có nhiều ứng dụng tiềm năng trong công nghiệp, bao gồm sản xuất khí tổng hợp (SNG), lưu trữ năng lượng và giảm lượng khí thải CO2. SNG có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho giao thông vận tải, sưởi ấm và phát điện. Methane hóa CO2 cũng có thể được sử dụng để chuyển đổi năng lượng tái tạo dư thừa thành nhiên liệu hóa học có thể lưu trữ và vận chuyển. Cuối cùng, methane hóa CO2 có thể giúp giảm lượng khí thải CO2 từ các nhà máy điện và các nguồn công nghiệp khác.

VI. Kết Luận CO Là Yếu Tố Quan Trọng Trong Methane Hóa NiO

Nghiên cứu này đã làm sáng tỏ vai trò quan trọng của carbon monoxide (CO) trong quá trình methane hóa CO2 trên xúc tác nickel oxide (NiO). Mặc dù có thể cạnh tranh hấp phụ với CO2, CO vẫn có thể tăng cường hoạt tính xúc tác bằng cách tạo ra các vị trí hoạt động mới, cải thiện khả năng khử của NiO và tăng cường tính bazơ của chất mang. Việc tối ưu hóa tỷ lệ CO/CO2 ảnh hưởng methane hóa trong dòng khí phản ứng là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao nhất trong quá trình methane hóa CO2.

6.1. Tổng Kết Về Ảnh Hưởng Của CO Đến Quá Trình Methane Hóa CO2

Sự hiện diện của CO trong quá trình methane hóa CO2 có thể tạo ra cả tác động tích cực và tiêu cực. CO có thể cạnh tranh với CO2 về các vị trí hấp phụ, nhưng cũng có thể cải thiện hoạt tính xúc tác bằng cách tạo ra các vị trí hoạt động mới. Tác động tổng thể của CO phụ thuộc vào loại chất xúc tiến, chất mang và điều kiện phản ứng. Nghiên cứu này đã cung cấp thông tin chi tiết quan trọng để hiểu rõ hơn về vai trò phức tạp của CO trong quá trình methane hóa CO2.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Về Xúc Tác NiO Và Methane Hóa CO2

Các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các xúc tác NiO với độ bền và khả năng chống chịu carbon monoxide poisoning NiO catalysts cao hơn. Các phương pháp điều chế mới có thể được sử dụng để tạo ra các xúc tác NiO với sự phân tán NiO tốt hơn, kích thước hạt nhỏ hơn và diện tích bề mặt cao hơn. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phản ứng methane hóa CO2 cũng có thể giúp tối ưu hóa hiệu suất của quá trình và phát triển các xúc tác hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY – HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ---------------- DO PHAM NOA UY THE EFFECT OF CARBON MONOXIDE ON CARBON DIOXIDE METHANATION OVER NICKEL OXIDE CATALYSTS SPECIALIZATION: PETROCHEMICAL ENGINEERING CODE: 60520330 GRADUATION THESIS HO CHI MINH CITY, 2019 CÔNG TRÌNH NÀY ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI PHÒNG DẦU KHÍ VÀ XÚC TÁC, VIỆN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM Cán bộ hướng dẫn khoa học: 1. Cán bộ chấm nhận xét 1: Nguyễn Mạnh Huấn Chữ ký:………………………………………………………………………. Cán bộ chấm nhận xét 2: Nguyễn Hữu Lương Chữ ký:………………………………………………………………………. Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 18 tháng 7 năm 2019.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ: 1. Nguyễn Quang Long 3. Nguyễn Mạnh Huấn 4. Nguyễn Hữu Lương 5.

Nguyễn Thành Duy Quang Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được chỉnh sửa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ………………………… GS. Phan Thanh Sơn Nam ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đỗ Phạm Noa Uy MSHV: 1770135 Ngày, tháng, năm sinh: 05/09/1992 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa dầu Mã số: 60520330 I. TÊN ĐỀ TÀI: Ảnh hưởng của CO đến quá trình methane hóa CO2 trên hệ xúc tác NiO mang trên các chất mang khác nhau.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG - Điều chế các xúc tác NiO có và không có biến tính CeO2, MgO, CaO, Pt và Urea mang trên các chất mang khác nhau (Al2O3, SBA-15, MSN) bằng phương pháp tẩm. - Nghiên cứu các tính chất lý hóa của các xúc tác: BET, XRD, SEM, TEM, H2-TPR, CO2-TPD. - Khảo sát hoạt tính xúc tác trong phản ứng hydro hóa CO2 thành CH4 trên sơ đồ dòng vi lượng ở vùng nhiệt độ 225-400 oC, áp suất 1 atm với tỷ lệ (19 % mol CO2 + 1% mol CO)/H2 và (19% mol CO2 + 1% mol N2)/H2, tổng lưu lượng dòng là 3 L. Từ đó làm sáng tỏ 2 vấn đề: - Ảnh hưởng của CO đến quá trình methane hóa CO2 - Mối quan hệ giữa thành phần, bản chất của chất mang, tính chất và hoạt tính của các hệ xúc tác NiO trong phản ứng methane hóa khi có sự hiện diện của CO.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký Quyết định giao đề tài): 20/08/2018. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/07/2019 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS. Lưu Cẩm Lộc Tp.

năm 2109 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO GS. Lưu Cẩm Lộc TS. Đào Thị Kim Thoa TRƯỞNG KHOA GS. Phan Thanh Sơn Nam i ACKNOWLEDGEMENT Firstly, I would like to express my special gratitude to my advisor, Prof.

Luu Cam Loc, who instructed me throughout the process of conducting and writing this thesis. Without her assistance and supports in every step of the process, this work would not have been accomplished. Secondly, I desire to offer my sincere appreciation to all those working at the Department of Petro-chemistry & Catalysis, Institute of Chemical Engineering for guiding and inspiring me on both specialized knowledge and great motivation. Special thanks are due to PhD.

Nguyen Tri for counseling and supervising me over the period of experimental duration. In addition, I thank all lecturers in Division of Petroleum Processing Engineering, Faculty of Chemical Engineering, University of Technology – VNU- HCM for providing invaluable knowledge, insightful comments and positive encouragement. Last but not least, I crave for expressing myself grateful from the bottom of my heart towards my family, who always unconditionally support, believe and stimulate me in my all decisions. Under the auspices of my family, I could attain extraordinary achievements.

Sincerely Do Pham Noa Uy ii ABSTRACT This research was to investigate the effect of carbon monoxide (CO) on carbon dioxide (CO2) methanation over a variety of NiO catalysts including different promoters (MgO, CeO2, Pt, CaO, Urea) and catalytic supports (γ-Al2O3, SBA-15, MSN). The catalysts were prepared by using wet impregnation method and characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Temperature Programmed Reduction (TPR), Temperature Programmed Desorption (TPD), Transmission Electron Microscopy (TEM), Scanning Electron Microscopy (SEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET) specific surface area method. CO2 methanation was performed with two different gaseous mixtures, (19% mol CO2 + 1% mol CO)/H2 and (19% mol CO2 + 1% mol N2)/H2 that are fed at the total flowrate of 3 L.h-1, from 225 oC to 400 oC at 1 atm. Nano-structure promoted NiO catalysts on porous alumina, santa barbara amorphous and mesostructured silica nanoparticles were successfully prepared by the impregnation method.

The particle size of all samples was found to distribute in a range of 15-45 nm and the catalysts’ surface area varied in range of 79  95 m2.g-1 respectively for catalysts supported on γ-Al2O3, SBA-15 and MSN. Additives increased the thermal stability of catalysts, enhanced the dispersion and reducibility of NiO and improved the support’s basicity that led to improve the activity and selectivity of hydrogenation of carbon oxides into CH4. Besides positive impacts, Urea, in contrast, prevented the adsorption of CO, CO2 and H2 on the support, leading to decrease the effectivity of CO2 methanation. CO had a promoted effect on the hydrogenation of CO2.

In term of catalysts supported on γ-Al2O3, conversion of CO and CO2 in hydrogenation reaction can be reached 100% at 250-275 oC and 80-90% at 400 oC respectively. Addition of CO in feedstock enhanced the efficacy of CO2 methanation; CO2 conversion increased by 3- 25%, CH4 selectivity always achieved 95-100%. As for catalysts supported on SBA-15 and MSN, CO was completely converted at 275-300 oC and 80-90% CO2 were converted at 400 oC. Presence of CO in reactants increased CO2 conversion by 4-8% and CH4 selectivity reached 90-100%.

iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong khuôn khổ luận văn “Ảnh hưởng của CO đến quá trình methane hóa CO2 trên hệ xúc tác NiO mang trên các chất mang khác nhau”, các xúc tác NiO biến tính MgO, CeO2, Pt, CaO và Urea mang trên các chất mang γ-Al2O3, MSN, SBA-15 được điều chế bằng phương pháp tẩm ướt, và được nghiên cứu đặc trưng lý – hóa: thành phần pha (XRD), kích thước lỗ xốp (BET), hình thái bề mặt (TEM, SEM), đặc tính của các oxide kim loại bằng phương pháp khử xúc tác với H2 theo chương trình nhiệt độ (TPR), xác định tâm hoạt tính bằng phương pháp giải hấp CO2 theo chương trình nhiệt độ (CO2-TPD). Quá trình methane hóa được tiến hành với hai hỗn hợp khí: (19% mol CO2 + 1% mol CO)/H2 và (19% mol CO2 + 1% mol N2)/H2, tổng lưu lượng dòng phản ứng là 3 L.h-1, nhiệt độ phản ứng từ 225 oC đến 400 oC ở áp suất 1 atm. Kết quả cho thấy, kích thước hạt NiO của xúc tác mang trên γ-Al2O3, SBA-15 và MSN dao động trong khoảng 15-45 nm. Xúc tác mang trên chất mang γ-Al2O3 có bề mặt riêng thay đổi trong khoảng 79-95 m2.g-1, đại lượng này của các xúc tác mang trên chất mang SBA-15 và MSN lần lượt là 176-215 m2.

Việc thêm chất xúc tiến vào xúc tác làm thay đổi các đặc trưng lý hóa, tăng độ bền nhiệt, tăng sự phân tán và khả năng khử của NiO và cải thiện tính kiềm của chất mang, nhờ đó làm tăng hoạt tính xúc tác, độ chọn lọc methane trong quá trình hydro hóa CO2. Bên cạnh các tác động tích cực của chất xúc tiến, Urea làm giảm sự hấp phụ CO, CO2 và H2 trên bề mặt chất mang do quá trình phân hủy và bay hơi của Urea ở nhiệt độ cao, dẫn đến làm giảm hiệu quả của quá trình chuyển hóa CO2 thành CH4. CO đóng vai trò như một chất xúc tiến khi được thêm vào hỗn hợp phản ứng. Đối với các xúc tác mang trên γ-Al2O3, trong phản ứng hydro hóa độ chuyển hóa CO có thể đạt được 100% ở 250-275 oC và độ chuyển hóa CO2 là 80-90% ở 400 oC.

Sự có mặt của CO trong hỗn hợp phản ứng làm tăng 3-25% độ chuyển hóa CO2, độ chọn lọc CH4 đạt được 95-100%. Đối với các xúc tác mang trên chất mang SBA-15 và MSN, CO cũng có hiệu quả tương tự. CO chuyển hóa hoàn toàn ở nhiệt độ 275-300 oC, 80- 90% CO2 được chuyển hóa tại 400 oC. Sự hiện diện của CO trong hỗn hợp phản ứng làm tăng 4-8% độ chuyển hóa CO2 và độ chọn lọc CH4 luôn cao hơn 90%.

iv COMMITMENT Promise me that this thesis was accomplished by my own research. The results in the thesis are not used in any publications. Ho Chi Minh City,…………………, 2019. Do Pham Noa Uy v TABLE OF CONTENT NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ.

iii TÓM TẮT LUẬN VĂN .v TABLE OF CONTENT .vi LIST OF FIGURES .ix LIST OF TABLES .xi LIST OF ABBREVIATIONS. Carbon dioxide in the Earth’s atmosphere. Carbon monoxide in the Earth’s atmosphere. Dual benefits from converting CO and CO2 into fuel gas.

Carbon oxides methanation. A consistent mechanism for CO and CO2 methanation. Catalysts for methanation .4 Nickel-Based Catalysts .1 Alumina-Supported Nickel .2 Silica-Supported Nickel. Preparation of SBA-15 catalytic support.

Procedure of SBA-15 catalytic support synthesis. Preparation of MSN catalytic support. Procedure of MSN catalytic support synthesis. Preparation of promoted Nickel oxide catalysts.

Preparation of promoted Nickel oxide catalysts using wet impregnation method .1 Preparation of non-promoted and promoted NiO catalyst supported on γ-Al2O3 .2 Preparation of non-promoted and promoted NiO catalyst supported on SBA-15 .3 Preparation of non-promoted and promoted NiO catalyst supported on MSN 37 3. Brunauer-Emmett-Teller (BET) method. Scanning Electron Microscopy. Transmission Electron Microscopy.

Temperature Programmed Reduction. Temperature Programmed Desorption. Catalyst activity testing system. Procedure for conducting reaction.

Conducting CO2 methanation. Calculate CO, CO2 conversion and CH4 selectivity. RESULTS AND DISCUSSION. Explanation of catalyst’s selection.

BET specific surface area. H2 Temperature Programmed Reduction (H2-TPR). CO2 Temperature Programmed Desorption. The effect of CO on CO2 methanation.

The effect of CO on CO2 methanation over catalysts supported on γ-Al2O3. The effect of CO on CO2 methanation over catalysts supported on SBA-15 and MSN. CONCLUSION AND RECOMMENDATION .106 viii LIST OF FIGURES Figure 2.1 The Keeling curve of atmospheric CO2 concentrations measured at Mauna Loa Observatory .2 CO2 in Earth's atmosphere if half of global-warming emissions are not absorbed (NASA computer simulation) .3 A generic energy cycle using captured or sequestered CO2 and sustainable or renewable hydrogen to yield carbon-neutral or renewable carbonaceous fuels .4 Exemplary biomass/coal-to-SNG plant setup with CO methanation .5 Exemplary PtG plant setup with CO2 methanation .6 Pressure and temperature influence on the equilibrium composition of CO methanation and water–gas shift reaction (left: 300 oC, right: 1 bar). Educt gas composition: yCO = 0.7 Pressure and temperature influence on equilibrium composition of CO2 methanation and water–gas shift reaction (left: 300 oC, right: 1 bar).

Educt gas composition: yH = 0.8 Mechanistic schemes for the catalytic hydrogenation of carbon monoxide. The symbols * and # represent ordinary (type 1) and 5-fold coordinated reaction sites (type 2) [79], respectively.1 SBA-15 synthesis procedure diagram .2 MSN synthesis procedure diagram .3 Nickel oxide and promoters impregnation procedure diagram .4 Temperature programmed reduction profile for a metal oxide .5 CO2 methanation reaction system .1 The CO2 conversion in CO2 hydrogenation over CeNiAl catalysts.2 The CO2 conversion in CO2 hydrogenation over Pt11CaNiAl catalysts .