Synthesis and characterization of nickel-based mixed oxides for ethanol steam reforming

Abstract

En el projecte s'han avaluat els òxids mixtes de níquel-ferro-alumini, derivats de precursors amb estructura hidrotalcita, per a la producció d'hidrogen mitjançant reformat d'etanol amb vapor d'aigua. S'ha investigat la influència de diversos paràmetres: la relació níquel-ferro (de 3 a 0.5), la temperatura de calcinació del precursor de hidrotalcita (773 i 1073K), l'efecte de la temperatura de reacció (400°C, 500°C i 600°C) i la quantitat d'alumini en el sistema Ni-Fe-Al amb fórmula comuna Ni3Al1-xFex. S'ha determinat que una quantitat més gran de ferro (només fins a una relació Ni/Fe de 1) afecta positivament tant l'activitat com la selectivitat, a causa d'una millor dispersió del níquel metàl·lic i d’una menor deposició de carboni. Una temperatura de calcinació baixa indueix la formació d'un òxid mixt de níquel-ferro ben dispersat, mentre que una temperatura elevada condueixen a la formació d'una espinela. Aquesta última presenta una activitat menor i una desactivació ràpida. En comparació amb els sistema binaris purs (Ni3Al i Ni3Fe), els sistemes ternaris es van mostrar més eficaços per al reformat d'etanol, aconseguint de forma estable una selectivitat a hidrogen propera al 70% en proves de 100 h de reacció.

n el proyecto se han evaluado los óxidos mixtos de níquel-hierro-aluminio, derivados de precursores con estructura hidrotalcita, para la producción de hidrógeno mediante reformado de etanol con vapor de agua. Se ha investigado la influencia de diversos parámetros: la relación níquel-hierro (de 3 a 0.5), la temperatura de calcinación del precursor de hidrotalcita (773 y 1073K), el efecto de la temperatura de reacción (400°C, 500°C y 600°C) y la cantidad de aluminio en el sistema Ni-Fe-Al con fórmula común Ni3Al1-xFex. Se ha determinado que una cantidad mayor de hierro (solo hasta una relación Ni/Fe de 1) afecta positivamente tanto la actividad como la selectividad, debido a una mejor dispersión del níquel metálico y a una deposición de carbono menor. Una temperatura de calcinación baja induce la formación de un óxido mixto de níquel-hierro bien dispersado, mientras que una temperatura elevada conducen a la formación de una espinela. Esta última presenta una actividad menor y una desactivación rápida. En comparación con los sistema binarios puros (Ni3Al i Ni3Fe), los sistemas ternarios se mostraron más eficaces para el reformado de etanol, alcanzando de forma estable una selectividad a hidrógeno cercana al 70% en pruebas de 100 h de reacción.

Nickel-iron-aluminum mixed oxides derived from hydrotalcite-like precursors have been evaluated in the steam reforming of ethanol for hydrogen production. Several different parameters have been studied: the influence of the nickel-to-iron ratio (from 3 to 0.5), the calcination temperature of the hydrotalcite precursor (773K and 1073K), the effect of reaction temperature (400°C, 500°C and 600°C) and amount of aluminium in Ni-Fe-Al system with common formula Ni3Al1-xFex. It has been found that a higher amount of iron (only till Ni/Fe=1 ratio) positively affects both activity and selectivity due to a better dispersion of metallic nickel and lower carbon deposition. Lower calcination temperature induces the formation of a well-dispersed nickel-iron mixed oxide, while higher calcination temperature lead to spinel crystallization. The latter exhibits a decreased activity and fast deactivation. Compared to pure binary systems (Ni3Al and Ni3Fe), the ternary systems showed the best performance in ethanol reforming, leading to a high and stable hydrogen selectivity of up to ca. 70% in 100 h-reaction tests.