Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

SELECTIVE HYDROGENATION OF ACETYLENE ON Pd/TiO2 CATALYSTS PREPARED BY ELECTROLESS DEPOSITION METHOD

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

ปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันแบบเลือกเกิดของอะเซทิลีนบนตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียมบนไทเทเนียมไดออกไซด์ที่เตรียมด้วยวิธีการพอกพูนโดยไม่ใช้ไฟฟ้า

Year (A.D.)

2014

Document Type

Thesis

First Advisor

Joongjai Panpranot

Second Advisor

Yuttanant Boonyongmaneerat

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

Doctor of Engineering

Degree Level

Doctoral Degree

Degree Discipline

Chemical Engineering

DOI

10.58837/CHULA.THE.2014.1387

Abstract

In the present work, support Pd catalysts are commonly used in industry to remove trace amount of acetylene from ethylene feed in the production of polyethylene. Anatase nanocrystalline TiO2 samples were synthesized by a sol-gel method and subjected to thermal treatment under N2, H2, O2, and air atmospheres at 350°C employed as supports for preparation of 1%Pd/TiO2 catalysts. The catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), BET surface areas, electron spin resonance (ESR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The surface Ti3+ defects significantly increased when treated under H2 and N2, comparing to air and O2 with no changes in the crystallite size, specific surface area, and pore structure. Two different preparation methods including electroless deposition (ED) and incipient wetness impregnation (I) were used to prepare 1%Pd/TiO2 catalysts. The 1%Pd catalyst supported on the TiO2 calcined under H2 prepared by ED exhibited the best catalytic performances in the selective hydrogenation of acetylene corresponding to their high Pd dispersion on the TiO2 support. In addition, Ag-Pd/TiO2 having incremental surface coverages of Ag prepared by ED. An increased selectivity of ethylene and higher turnover frequencies for acetylene conversion were observed at high Ag coverages. The adsorption of acetylene on Pd sites as strongly adsorbed ethylidyne on large Pd ensembles led to ethane formation whereas adsorbed π-bonded species on small Pd ensembles favored the formation of ethylene. Kinetics study of Ag-Pd/TiO2 catalysts reveals that the apparent activation energy for the selective hydrogenation of acetylene Ag decreased from 12.08 ± 0.1 kcal/mol to 7.74±0.2 kcal/mol with increasing Ag coverage.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียมบนตัวรองรับใช้ทั่วไปในอุตสาหกรรมในการกำจัดอะเซทิลีนปริมาณเล็กน้อยออกจากสายป้อนเอทิลีนในกระบวนการผลิตพอลิเอทิลีน วิทยานิพนธ์นี้ศึกษาลักษณะพื้นผิวของไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีขนาดอนุภาคในระดับนาโนเมตร ที่เตรียมด้วยวิธีโซลเจลและแคลไซน์ในบรรยากาศที่แตกต่างกันคือไนโตรเจน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และอากาศ ที่อุณหภูมิ 350 องศาเซลเซียสและนำไปเป็นตัวรองรับในการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา 1%โดยน้ำหนัก Pd/TiO2 วิเคราะห์คุณลักษณะของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยเทคนิคต่างๆได้แก่การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ การหาพื้นที่ผิวด้วยเทคนิคบีอีที อิเล็กตรอนสปินเรโซแนนซ์ เอ็กซเรย์โฟโต้อิเล็กตรอนสเปคโตรสโกปี พบว่าไทเทเนียมไดออกไซด์มีความบกพร่องบนพื้นผิว (Ti3+) สูงเมื่อแคลไซน์ในบรรยากาศของไฮโดรเจนและไนโตรเจน โดยไม่มีความแตกต่างของขนาดผลึก พื้นผิวของไทเทเนียมไดออกไซด์และโครงสร้างของรูพรุน จากนั้นเตรียมตัวเร่งปฏิกิยาแพลเลเดียมบนตัวรองรับไทเทเนียมไดออกไซด์ด้วยวิธีที่แตกต่างกัน 2 วิธี ได้แก่ วิธีพอกพูนโดยไม่ใช้ไฟฟ้าและวิธีการเคลือบฝัง ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียมบนตัวรองรับไทเทเนียมไดออกไซด์ที่แคลไซน์ในบรรยากาศของไฮโดรเจนและเตรียมด้วยวิธีพอกพูนโดยไม่ใช้ไฟฟ้าแสดงประสิทธิภาพสูงสุด สำหรับปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของอะเซทิลีน สอดคล้องกับการกระจายตัวของแพลเลเดียมบนพื้นผิวของตัวรองรับสูง นอกจากนี้ได้ทำการศึกษาตัวเร่งปฏิกิริยา Ag-Pd/TiO2 ที่มีปริมาณซิลเวอร์ปกคลุมบนพื้นผิวโลหะแพลเลเดียมต่างๆโดยการเตรียมแบบพอกพูนโดยไม่ใช้ไฟฟ้า พบว่าการดูดซับอะเซทิลีนบนผิวแพลเลเดียมที่มีการปกคลุมของซิลเวอร์น้อยชอบที่จะดูดซับเอทิลลิดีนมากกว่าจึงนำไปสู่การเกิดอีเทน ส่วนแพลเลเดียมที่มีการปกคลุมของซิลเวอร์มากจะดูดซับแบบไพบอนด์ซึ่งนำไปสู่การเลือกเกิดของเอทิลีน การจากศึกษาจลศาสตร์ของตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียม-ซิลเวอร์บนตัวรองรับไทเทเนียมไดออกไซด์พบว่าพลังงานกระตุ้นสำหรับปฏิกริยานี้จะลดลงจาก 12.08 ± 0.1 kcal/mol เป็น 7.74±0.2 kcal/mol เมื่อมีปริมาณซิลเวอร์เพิ่มมากขึ้น

Link to Full Text

Share

COinS