Characterization and Syngas Production at Low Temperature via Dry Reforming of Methane over Ni-M (M = Fe, Cr) Catalysts Tailored from LDH Structure

Abstract

Des catalyseurs bimétalliques oxyde double lamellaire (LDO) NiM (M = Cr, Fe) avec des compositions nominales de Ni/M = 2 ou 3 ont été fabriqués à partir d'hydroxydes doubles lamellaires (LDH) en utilisant une méthode de coprécipitation pour étudier les effets du métal trivalent (Cr ou Fe) et de la quantité d'espèces de Ni sur la structure, la texture, la réductibilité et les propriétés catalytiques pour le reformage de CH4/CO2. Les solides avant (LDH) et après (LDO) traitement thermique à 500 °C ont été caractérisés par des spectroscopies TGA-TD-SM, HT-XRD, XRD, Raman, et IR-ATR ; adsorption physique de N2 ; XPS ; et H2-TPR. Selon l'analyse XRD et Raman, une structure hydrotalcite était présente à la température ambiante et stable jusqu'à 250 °C. L'espace intercouche diminue lorsque la température augmente, avec un paramètre de réseau et un espace intercouche de 3,018 Å et 7,017 Å, respectivement. Les solides se sont entièrement décomposés en oxyde après calcination à 500 °C. Des phases NiO et spinelles (NiM2O4, M = Cr ou Fe) ont été observées dans les catalyseurs NiM (M = Cr, Fe), et Cr2O3 a été détecté dans le cas de NiCr. Les catalyseurs NiFe présentent une faible activité et sélectivité pour le DRM dans la gamme de température explorée. En revanche, le composé de chrome a montré des conversions intéressantes de CH4 et de CO2 et une sélectivité généralement excellente pour H2 à des températures de réaction basses. Des conversions de CH4 et de CO2 de 18 à 20 % avec H2/CO d'environ 0,7 ont pu être atteintes à des températures aussi basses que 500 °C, mais un comportement transitoire et une désactivation ont été observés à des températures plus élevées ou à des temps de réaction longs. L'excellente activité observée pendant cette séquence transitoire a été attribuée à la stabilisation des particules métalliques de Ni formées pendant la réduction de la phase NiO en raison de la présence de NiCr2O4, ouvrant la voie à l'utilisation de ces matériaux dans des processus périodiques ou en boucle pour le reformage du méthane à basse température.