Tuning the selectivity of CO2 hydrogenation using ceramic hollow fiber catalytic modules

文献情報

出版日 2021-06-09
DOI 10.1039/D1RE00076D
インパクトファクター 4.239
著者

Prachiti R. Bedadur, Arun Torris


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要旨

The unique structural features and advantageous pore distributions of alumina hollow fibers can be exploited to tune the selectivity in heterogeneous catalysis. Formation of a finger-like cavity structure is the unique characteristic of the phase inversion method, which provides a larger surface area to volume ratio desirable for catalytic reactions. This feature, along with a highly porous sandwiched skin layer, makes this architecture superior to conventional powder catalysts or other structured catalyst forms like monoliths. Alumina hollow fibers are prepared by the modified phase inversion method and characterized for their pore size and distribution. Ni metal nanoparticles are uniformly deposited in the Al2O3 hollow fibers to prepare a Ni/Al2O3 catalyst and tested for the CO2 methanation reaction. Suitable reactor and catalyst loading methods are designed and optimized to achieve higher CO2 to methane conversion in a temperature range of 225 to 400 °C. The α-alumina phase, which is usually reported to be a poor support for Ni in CO2 methanation in the conventional fixed bed configuration, showed high activity when modulated as hollow fibers. Also, the selectivity to CH4 is enhanced and minimal CO formation is observed. The kinetic rate expressions are simulated for the prediction of methane and CO gas evolution at the outlet with temperature. The experimental results for the gas composition are in good agreement with the model predictions. The advantage of such a module reactor is explained based on the mass transfer limitations and consequently the reaction time constants arrived at from the predicted gas compositions.

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掲載誌

Reaction Chemistry & Engineering

Reaction Chemistry & Engineering
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Reaction Chemistry & Engineering is an interdisciplinary journal reporting cutting-edge research focused on enhancing the understanding and efficiency of reactions. Reaction engineering leverages the interface where fundamental molecular chemistry meets chemical engineering and technology. Challenges in chemistry can be overcome by the application of new technologies, while engineers may find improved solutions for process development from the latest developments in reaction chemistry. Reaction Chemistry & Engineering is a unique forum for researchers whose interests span the broad areas of chemical engineering and chemical sciences to come together in solving problems of importance to wider society. All papers should be written to be approachable by readers across the engineering and chemical sciences. Papers that consider multiple scales, from the laboratory up to and including plant scale, are particularly encouraged.

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