Hydrogen production using biomass derived materials  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
76489
Type K
Principal investigator Erdohelyi, András
Title in Hungarian Hidrogén előállítása biomasszából származó anyagok felhasználásával
Title in English Hydrogen production using biomass derived materials
Keywords in Hungarian hidrogén, hordozós fémkatalizátorok, etanol reformálása, ecetsav reformálása
Keywords in English Hydrogen, supported metal catalysts, reforming of ethanol, reforming of acetic acid
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Physical chemistry
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Physical Chemistry and Materials Science (University of Szeged)
Participants Ábrahámné Baán, Kornélia
Dömök, Márta
Jaksáné Dr. Kecskés, Tamara
Markó, Kata
Oszkó, Albert Zoltán
Sarusi, István
Tóth, Mariann
Starting date 2009-01-01
Closing date 2013-06-30
Funding (in million HUF) 18.122
FTE (full time equivalent) 12.18
state closed project
Summary in Hungarian
Az alternatív energiaforrások iránt megnövekedett igény irányította a figyelmet az etanol reformálása felé. A termékek ideális esetben H2 és CO2. A reakció vizsgálata során azt találtuk, hogy a katalizátorok felületén képződő acetát csoportok felelősek a H2 szelektivitásának időbeni csökkenéséért.
E pályázat keretében tovább kívánjuk vizsgálni a H2 előállításának lehetőségeit a biológiai úton is előállítható etanolból és ecetsavból.
Tanulmányozzuk a katalitikus reakciót különböző módon adalékolt hordozós nemesfémeken. Vizsgáljuk a hordozók hatását is, kettős oxidokat, spinelleket, oxid keverékeket is alkalmazunk hordozóként. A kiválasztási szempont az, hogy csökkenjen a felületen az acetát csoportok stabilitása. Tanulmányozzuk továbbá a Cu alapú katalizátorok hatásosságát is. Minden esetben meghatározzuk a kísérleti paraméterek (hőmérséklet, reaktáns koncentráció, kontaktidő) szerepét a reakció termékösszetételére.
A legaktívabb minták esetében vizsgálni kívánjuk az autoterm reakciót is.
Külön kísérletekben tanulmányozzuk az egyes reaktánsok és a katalizátorok kölcsönhatását, vizsgáljuk a katalizátorok felületén a reakció alatt megkötődő molekulák szerkezetét, kötésviszonyait és reakcióképességét. A köztitermékek bomlását és átalakulási irányait. XPS-szel követjük a katalizátor felület változásait.
Meghatározzuk a reakció alatt a felületen lerakódó szén mennyiségét és tanulmányozzuk reakcióképességét.
A reakciót gázkromatográffal és tömegspektrométerrel követjük, a kialakuló felületi vegyületeket FTIR spektroszkópiával, stabilitásukat, reakcióképességüket TPD és TPR módszerekkel vizsgáljuk.
Summary
The increasing demand for alternative energy sources turned the attention towards the reforming of ethanol. In an ideal case, the products would be H2 and CO2. Following the reaction, we had to assume that acetate groups forming on the catalyst surface are responsible for the decrease of H2 selectivity.
In the frame of this tender we wish to extend our research into the possibilities of H2 production from ethanol and from acetic acid that itself can be produced by the methods of biology.
We study the reaction on supported noble metal catalysts doped in different ways. The effect of the support would be described by applying double oxides, spinels and oxide mixtures as support, too. The main aspect of the selection is to decrease the stability of surface acetate groups. Furthermore, the effectiveness of Cu-based catalysts will also be studied. In each case we determine the role of experimental parameters (temperature, reactant concentration, contact time) in the product distribution of the reaction.
The autothermal reaction will be followed with the most active catalysts.
In separate experiments will the interaction of reactants with the catalyst be studied, including the identification of the structure of the molecules bonded to the surface, the bonding conditions and the reactivity, the decomposition of intermediate products and the directions of their decomposition. The changes of the catalyst surface will be followed by XPS.
We determine the quantity and reactivity of surface carbon forming during the reaction.
The reaction will be studied by gas chromatography and mass spectrometry; the surface compounds will be identified by FTIR spectroscopy, their stability and reactivity will be determined by TPD and TPR methods.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Vizsgáltuk a H2 előállításának lehetőségeit etanolból különböző hordozós Pt, Cu, Co, Au és Au-Rh, valamint biogázból különböző módon adalékolt Rh/Al2O3 és Co/Al2O3 katalizátorokon. A Pt/Al2O3 katalizátoron a H2 szelektivitását a hordozóhoz adott ZrO2 növeli, azáltal, hogy csökkenti az acetát csoportok stabilitását. Vizsgáltuk a különböző CeO2, Al2O3 és ZnO hordozós, valamint ezen oxidok keverékeire felvitt Cu katalizátorok sajátságait az etanol + víz reakciójában. A CeO2 hordozós katalizátorok kivételével a H2 mellett C2H4 és CH3CHO képződött, míg ezen a mintán jelentős volt az aceton képződés. A különböző nanoszerkezetű titanátra felvitt Rh, Au és Au-Rh is aktív az etanol konverziójában. Megállapítottuk, hogy a kétfémes katalizátor esetében az Au beborítja a Rh-t, mag-héj szerkezet keletkezik. A CO adszorpciója, valamint a reakcióban keletkező CO elősegíti a Rh krisztallitok diszpergálódását és megbontja az eredeti Au-Rh mag-héj szerkezetet. A CO2 + H2 reakció alatt a titanát nanocsőre felvitt minták esetében viszont a Rh atomok részlegesen agglomerizálódnak. Vizsgáltuk a H2 képződését a biogáz összetevőinek esetében, azaz a CO2 + CH4 reakciójában Al2O3 hordozós Rh és Co katalizátorokon. TiO2-dal és V2O5-dal adalékolt Rh/Al2O3-on jelentősen nő a reakció sebessége, melyet az adalékok felületén képződő oxigén vakanciák hatásának tulajdonítottunk. A tiszta és a Rh-mal adalékolt Co katalizátorokon mért sebesség különbséget a katalizátorok eltérő szerkezetével magyaráztuk.
Results in English
The production of H2 from ethanol was studied on different supported Pt, Cu, Co, Au and Au-Rh samples, and from bio gas (CO2 + CH4 mixture) on different Rh and Co alumina catalysts. On Pt/Al2O3 the H2 selectivity was increased by adding ZrO2 to the support while it decreased the stability of the surface acetate formed in the reaction. The reforming of ethanol was also studied on Cu supported on CeO2, Al2O3, ZnO and on the mixed oxides of them. Except the CeO2 supported catalysts ethylene and acetaldehyde were formed besides H2 in the reaction, while on ceria mainly acetone was observed. Different nano structured titanate supported Au and Au-Rh were also active in the ethanol conversion. It was found that in the bimetallic catalyst the Au totally covered the Rh particles; core-shell structure was formed. CO adsorption and the CO formed in the reaction promoted the disruption of the Rh clusters and destroyed the core-shell structure. Copntralily on titanate nanotube supported samples the Rh atoms partially agglomerized during the CO2 + H2 reaction. The formation of H2 in the CO2 + CH4 reaction was also studied. The rate of the products formation significantly increased when Rh/Al2O3 was doped with TiO2 or V2O5. This effect was attributed to the oxygen vacancies formed in the pretreatment of the catalysts. The rate differences observed on clean and Rh doped Co samples were explained by the different structure of the catalysts.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=76489
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kata Markó, István Sarusi, Kornélia Baán, Kata Nagy, András Erdőhelyi: Changes of the surface structure of supported Cu catalysts during the ethanol reforming, EuropaCast IX Abstract Book p. 472, 2009
Márta Dömök, Kornélia Baán, István Sarusi, Albert Oszkó, András Erdőhelyi: Deactivation of the Alumina Supported Noble Metal Catalysts in the Ethanol Reforming, EuropaCat IX Abstract Book p. 472, 2009
István Sarusi: Ethanol Decomposition on Alumina Supported Noble Metal Catalysts, 3rd International School-Conference on Catalysis for Young Scienteists, 2009
Kata Markó: Steam Reforming of Ethanol over Cu/ZnO/CeO2 Catalysts, 3rd International School-Conference on Catalysis for Young Scienteists, 2009
András Erdőhelyi: Steam Reforming of Ethanol, Indo-Hungarian Workshop on Catalysis, Madras, India, 2010
István Sarusi, Krisztina Fodor, Kornélia Baán, András Erdőhelyi: CO2 reforming of CH4 on doped Rh/Al2O3 catalysts, 9th Novel Gas Conversion Symposium Lyon, France, 2010
András Erdőhelyi: Steam Reforming of Ethanol, International Conference on the Frontiers of Catalytic Science and Technology for the 21st Century, Dalian China, 2010
Conversion of ethanol: András Erdőhelyi, Workshop on Catalysis for Environmental Friendly Process and Clean Energy Xi’An China, 2010
Kata Markó, István Sarusi, Kornélia Baán, Albert Oszkó, Katalin Nagy, András Erdőhelyi: Changes of the surface structure of supported Cu catalysts during the ethanol reforming, 1st International Conference on Materials for Energy, Karlsruhe, Germany, 2010
András Erdőhelyi: Hydrogen formation from Ethanol, 10th Pannonian International Symposium on Catalysis Kraków, Poland, 2010
Albert Oszkó, Gábor Pótári, András Erdőhelyi: Structure of the Au-Rh bimetallic system formed on titanate nanowires and nanotubes, Európai Vákuum Kongresszus (EVC 11), Salamanca, Spain, 2010
Márta Dömök, Albert Oszkó, Kornélia Baán, István Sarusi, András Erdőhelyi: Reforming of ethanol on Pt/Al2O3-ZrO2 catalyst, Appl Catal A: Gen 383:33-42, 2010
A. Oszkó, G. Pótári, A. Erdőhelyi, A. Kukovecz, Z. Kónya, I. Kiricsi, J. Kiss: Structure of the Au-Rh bimetallic system formed on titanate nanowires and nanotubes, Vacuum 85 (2011) 1114 - 1119, 2011
J. Kiss, A. Oszkó, G. Pótári, A. Erdőhelyi: Role of the nature of support on the structure of Au-Rh bimetallic nanosystem, Vacuum 86 (2012) 594 - 598, 2012
Á. Kukovecz, G. Pótári, A. Oszkó, Z. Kónya, A. Ertdőhelyi, J. Kiss: Probing the interaction of Au, Rh and bimetallic Au-Rh clusters with the TiO2 nanowire and naotube support, Surface Science 605 (2011) 1048 - 1055, 2011
. Sarusi, K. Fodor K. Baán , A. Oszkó, G. Pótári, A. Erdőhelyi CO2 reforming of CH4 on doped Rh/Al2O3 catalysts: CO2 reforming of CH4 on doped Rh/Al2O3 catalysts, Catalysis Today 171 (2011) 132-139, 2011
J. Kiss, L. Óvári, A. Oszkó, G. Pótári, M. Tóth, K. Baán, A. Erdőhelyi: Structure and Reactivity of Au-Rh Bimetallic Clusters on Titanate Nanowires, Nanotubes and TiO2(110), Catalysis Today 181 (2012) 163 – 170, 2012
M. Tóth, J. Kiss , A. Oszkó, G. Pótári, B. László, A. Erdőhelyi: Hydrogenation of Carbon Dioxide on Rh, Au and Au–Rh Bimetallic Clusters Supported on Titanate Nanotubes, Nanowires and TiO2, Top Catal (2012) 55:747–756, 2012
Pótári, Gábor; Madarász, Dániel; Nagy, László; Sápi, András; Oszkó, Albert; Kukovecz, Ákos; Erdőhelyi, András; Kónya, Zoltán; Kiss, János: Support Transformation Phenomena in Rh/titanate Nanowire and Nanotube Catalysts, Langmuir 29 (2013) 3061–3072, 2013
Zs. Ferencz, K. Baán, A. Oszkó, Z. Kónya, T. Kecskés, A. Erdőhelyi,: Dry reforming of CH4 on Rh doped Co/Al2O3 catalysts, Catalysis Today, 2014
D. Madarász, G. Pótári, A. Sápi, B. László, C. Csudai, A. Oszkó, Á. Kukovecz, A. Erdıhelyi, Z. Kónyab, J. Kiss: Metal loading determines the stabilization pathway for Co2+ in titanate nanowires: ion exchange vs. cluster formation, Physical Chemistry Chemical Physics, 2014




 

Events of the project

  
2014-01-24 09:57:26
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Szilárdtest- és Radiokémiai Tanszék (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék (Szegedi Tudományegyetem).
2013-11-19 17:30:57
Résztvevők változása



Back »