التبادل المباشر لأيونات البوتاسيوم والفضة في SAPO-34 المحضر بواسطة إشعاع المايكروويف وأدائها في تحويل الميثانول الى أوليفينات

المؤلفون

  • مازن جاسم محمد قسم الهندسة الكيمياوية، كلية الهندسة، جامعة بغداد، العراق.
  • نجوى صابر مجيد قسم الهندسة الكيمياوية، كلية الهندسة، جامعة بغداد، العراق.

DOI:

https://doi.org/10.21123/bsj.2024.9017

الكلمات المفتاحية:

تبادل أيوني, أشعاع المايكروويف, ميثانول الى أوليفين, عامل مساعد زيولايت نوع SAPO-34, إنتقائية.

الملخص

حديثآ، أصبحت الأوليفينات مادة مهمة للصناعات، وخاصة في البلاستيك. إن التكلفة العالية لإنتاج الأوليفينات من مصادرنفطية جعلت الباحثين يفتشون عن طرق بديلة. إن تحويل الكحولات إلى أوليفينات بواسطة العامل المساعد هي طريقة ممتازة. يعتبر زيولايت SAPO-34 عوامل مساعدة مناسبة في هذا المجال. لذلك، تم تحضيرها بإستخدام المورفولين كقالب بواسطة إشعاع الميكروويف. تم إدخال أيونات البوتاسيوم و الفضة بنجاح عن طريق التبادل الأيوني. تم تشخيص العينات بتقنيات XRD, SEM, EDX, BET, FT-IR,  TGAو DTG. أظهر تحليل XRD تبلور أعلى لـ K-SAPO-34 وحجم بلوري أصغر من Ag-SAPO-34. في حين أشارت تحاليل SEM و EDX إلى التوزيع المثالي لأيونات المعادن K و Ag. وصلت المساحة السطحية إلى 287.64 و 254.59  م2 /غم لـ K-SAPO-34 و Ag-SAPO-34 على التوالي. أظهر تحليل TGA ثباتًا حراريًا عاليًا مقابل التكسير عند درجة حرارية وصلت الى 1100 مئوية. أجريت إختبارات كفاءة النماذج المحضرة من العامل المساعد في عملية تحويل الميثانول الى أوليفينات خفيفة MTO في مفاعل ثلاثي طبقة الحشوة عند درجات حرارة 350 , 400 , 450 و 500 مئوية بسرعة وزنية WHSV بلغت 7.7 ساعة-1. بلغ التحويل للنموذجين 100٪ عند درجة 400 مئوية بإنتقائية وصلت الى 85٪ لنموذج K-SAPO-34 في حين أظهرالنموذج Ag-SAPO-34 عمرًا أطول وصل إلى 475 دقيقة مع انتقائية إجمالية للإوليفينات بلغت 74٪. تم دراسة  السرعة الوزنية للميثانول الداخل للنموذج  K-SAPO-34 بالساعة عند  15 و 21.1 ساعة -1. وجد أنه بزيادة السرعة الوزنية، انخفض تحويل الميثانول وانتقائية الأوليفينات. أن إضافة K و Ag إلى SAPO-34 يزيد المساحة السطحية ويحسن انتشارالمواد المتفاعلة داخل المسام. بهذا تحدث إعاقة للفحم المترسب في المسام و يحسن انتقائية الأوليفين.

المراجع

Sun C, Wang Y, Zhao A, Wang X, Wang C, Zhang X, et al. Synthesis of nano-sized SAPO-34 with morpholine-treated micrometer-seeds and their catalytic performance in methanol-to-olefin reactions. Appl Catal A: Gen. 2020; 589: 117314. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2019.117314.

Shabani M, Haghighi M, Ebrahimi A, Aghamohammadi S. Morphology/crystallographic evolution of nanostructured SAPO-34 using simultaneous surfactant and Si source towards production of lower olefins: enhancement of lifetime and regenerative properties. Res Chem Intermed. 2023; 49(1): 307-27. https://doi.org/10.1007/s11164-022-04874-8.

Akhgar S, Towfighi J, Hamidzadeh M. Investigation of synthesis time and type of seed along with reduction of template consumption in the preparation of SAPO-34 catalyst and its performance in the MTO reaction. RSC Adv. 2020; 10(57): 34474-85. https://doi.org/10.1039/D0RA05673A.

Hammadi AN, Shakir IK. Adsorption Behavior of Light Naphtha Components on Zeolite (5A) and Activated Carbon. J Chem Pet Eng. 2019; 20(4): 27-33. https://doi.org/10.31699/IJCPE.2019.4.5.

Abbas AS, Abbas SM. Kinetic study and simulation of oleic acid esterification in different type of reactors. J Chem Pet Eng. 2013; 14(2): 13-20. http://dx.doi.org/10.31699/IJCPE.2013.2.3.

Razzaq GHA, Majeed NS. Pyrolysis of scrap tire by utilizing zeolite as catalyst. Mater Today: Proc. 2021; 45: 4606-11. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.1232.

Yu W, Wu X, Cheng B, Tao T, Min X, Mi R, et al. Synthesis and Applications of SAPO‐34 Molecular Sieves. Chem Eur J. 2022; 28(11): e202102787. https://doi.org/10.1002/chem.202102787.

Alismaeel ZT, Abbas AS, Albayati TM, Doyle AM. Biodiesel from batch and continuous oleic acid esterification using zeolite catalysts. Fuel. 2018; 234: 170-6. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.07.025.

Shakir F, Hussein HQ, Abdulwahhab ZT. Influence of Nanosilica on Solvent Deasphalting for Upgrading Iraqi Heavy Crude Oil. Baghdad Sci J. 2023; 20(1): 0144-56. https://doi.org/10.21123/bsj.2022.6895.

Al-Daffay RKH, Al-Hamdani AAS. Synthesis, Characterization, and Thermal Analysis of a New Acidicazo Ligand's Metal Complexes. Baghdad Sci J. 2023; 20(1): 0121-33. http://dx.doi.org/10.21123/bsj.2022.6709.

Al-Jubouri SM. The static aging effect on the seedless synthesis of different ranges FAU-type zeolite Y at various factors. J Chem Pet Eng. 2019; 20(4): 7-13. https://doi.org/10.31699/IJCPE.2019.4.2.

Ma Y-K, Alomar TS, AlMasoud N, El-Bahy ZM, Chia S, Daou TJ, et al. Effects of Synthesis Variables on SAPO-34 Crystallization Templated Using Pyridinium Supramolecule and Its Catalytic Activity in Microwave Esterification Synthesis of Propyl Levulinate. Catalysts. 2023; 13(4): 680. https://doi.org/10.3390/catal13040680.

Meng F, Liang X, Wang L, Yang G, Huang X, Li Z. Rational design of SAPO-34 zeolite in bifunctional catalysts for syngas conversion into light olefins. Ind Eng Chem Res. 2022; 61(31): 11397-406. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c01111.

Álvaro-Muñoz T, Sastre E, Márquez-Álvarez C. Microwave-assisted synthesis of plate-like SAPO-34 nanocrystals with increased catalyst lifetime in the methanol-to-olefin reaction. Catal Sci Technol. 2014; 4(12): 4330-9. https://doi.org/10.1039/C4CY00775A.

Shalmani FM, Halladj R, Askari S. Effect of contributing factors on microwave-assisted hydrothermal synthesis of nanosized SAPO-34 molecular sieves. Powder Technol. 2012; 221: 395-402. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2012.01.036.

Yao J, Rong Y, Gao Z, Tang X, Zha F, Tian H, et al. Metal–organic framework-assisted synthesis of Zr-modified SAPO-34 zeolites with hierarchical porous structure for the catalytic transformation of methanol to olefins. Catal Sci Technol. 2022; 12(3): 894-905. https://doi.org/10.1039/D1CY01838H.

Xiang X, Yang M, Gao B, Qiao Y, Tian P, Xu S, et al. Direct Cu 2+ ion-exchanged into as-synthesized SAPO-34 and its catalytic application in the selective catalytic reduction of NO with NH 3. RSC Adv. 2016; 6(15): 12544-52. https://doi.org/10.1039/C5RA22868A.

Mirza K, Ghadiri M, Haghighi M, Afghan A. Hydrothermal synthesize of modified Fe, Ag and K-SAPO-34 nanostructured catalysts used in methanol conversion to light olefins. Microporous Mesoporous Mat. 2018; 260: 155-65. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2017.10.045.

Eslami AA, Haghighi M, Sadeghpour P. Short time microwave/seed-assisted synthesis and physicochemical characterization of nanostructured MnAPSO-34 catalyst used in methanol conversion to light olefins. Powder Technol. 2017; 310: 187-200. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2017.01.017.

Yang M, Fan D, Wei Y, Tian P, Liu Z. Recent progress in methanol‐to‐olefins (MTO) catalysts. Adv Mater. 2019; 31(50): 1902181. https://doi.org/10.1002/adma.201902181.

Majeed JT, Majeed NS, editors. Fast Synthesis and Characterization of Nano-SSZ-13 Zeolite by Hydrothermal Method. 2022 Muthanna International Conference on Engineering Science and Technology (MICEST); 2022: IEEE. https://doi.org/10.1109/MICEST54286.2022.9790195.

Wang C, Wang J, Wang J, Shen M. Promotional effect of ion-exchanged K on the low-temperature hydrothermal stability of Cu/SAPO-34 and its synergic application with Fe/Beta catalysts. Front Environ Sci Eng. 2021; 15: 1-13. https://doi.org/10.1007/s11783-020-1322-1.

Aljendeel H, Hussein HQ. Advanced Study of Promoted Pt/SAPO-11 Catalyst for Hydroisomerization of the n-Decane Model and Lube Oil. J Chem Pet Eng. 2021; 22(2): 17-26. https://doi.org/10.31699/IJCPE.2021.2.3.

Al-Jubouri SM, Al-Jendeel HA, Rashid SA, Al-Batty S. Antibiotics adsorption from contaminated water by composites of ZSM-5 zeolite nanocrystals coated carbon. J Water Process Eng. 2022; 47: 102745. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.102745.

Liu H, Kianfar E. Investigation the synthesis of nano-SAPO-34 catalyst prepared by different templates for MTO process. Catal Lett. 2021; 151: 787-802. https://doi.org/10.1007/s10562-020-03333-6.

Wang Q, Wang X, Liu Y, Zhang L, Ma X, Zheng J, et al. Controlled synthesis of hierarchically porous SAPO-34 zeolites with tailored crystal size and morphology. Chem Phys Lett. 2022; 794: 139513. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2022.139513.

Akhgar S, Towfighi J, Hamidzadeh M. MTO performance over seed-assisted SAPO-34 zeolites synthesized by reducing template consumption. J Mater Res Technol. 2020; 9(6): 12126-36. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.08.067.

Yang L, Wang C, Zhang L, Dai W, Chu Y, Xu J, et al. Stabilizing the framework of SAPO-34 zeolite toward long-term methanol-to-olefins conversion. Nat Commun. 2021; 12(1): 4661. https://doi.org/10.1038/s41467-021-24403-2.

التنزيلات

إصدار

القسم

article

كيفية الاقتباس

1.
التبادل المباشر لأيونات البوتاسيوم والفضة في SAPO-34 المحضر بواسطة إشعاع المايكروويف وأدائها في تحويل الميثانول الى أوليفينات. Baghdad Sci.J [انترنت]. [وثق 22 يوليو، 2024];21(12). موجود في: https://bsj.uobaghdad.edu.iq/index.php/BSJ/article/view/9017