ผลของโพแทสเซียมเพอร์แมงกาเนตต่อตัวเร่งปฏิกิริยา CZA/13X สำหรับการสังเคราะห์แอลพีจีโดยตรง
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
การสังเคราะห์ก๊าซหุงต้ม (LPG) โดยตรงจากก๊าซสังเคราะห์ถือเป็นแนวทางที่ยั่งยืนและมีความมุ่งหวังสูงสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงทางเลือก งานวิจัยนี้มุ่งเน้นศึกษาสมรรถนะการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาคอปเปอร์-ซิงค์-อะลูมิเนียมออกไซด์ (CuO-ZnO-Al2O3; CZA) ที่อัตราส่วนโมล 2:2:1 ซึ่งเตรียมด้วยวิธีตกตะกอนร่วมและนำมาผสมทางกายภาพกับซีโอไลต์ 13X ทั้งนี้ ได้มีการศึกษาวิจัยเป็นพิเศษเกี่ยวกับการปรับปรุงสมบัติของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO4) เพื่อประเมินศักยภาพในการปรับความเป็นกรดของซีโอไลต์ผ่านการส่งเสริมด้วยความเป็นด่างของโพแทสเซียม (K) และการเพิ่มการกระจายตัวของโลหะด้วยผลทางรีดอกซ์ของแมงกานีส (Mn) ระบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการประเมินมี 3 ระบบ ได้แก่ CZA/13X, CZA/10%KMnO4-13X และ CZA/20%KMnO4-13X โดยเตรียมด้วยวิธีการเคลือบฝัง KMnO4 ลงบนซีโอไลต์ 13X ที่ความเข้มข้นร้อยละ 10 และ 20 โดยน้ำหนักต่อปริมาตร ตามลำดับ การประเมินสมรรถนะการเร่งปฏิกิริยาทดสอบภายใต้สภาวะปฏิกิริยาในเครื่องปฏิกรณ์แบบเบดนิ่ง (Fixed-bed reactor) ที่อุณหภูมิ 350 องศาเซลเซียส ความดัน 40 บาร์ และอัตราส่วนก๊าซ H2:CO เท่ากับ 2:1 เป็นเวลา 4 ชั่วโมง ผลการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคก๊าซโครมาโทกราฟีพบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยา CZA/13X ที่ไม่มีการปรับปรุงให้สมรรถนะการเร่งปฏิกิริยาสูงที่สุด โดยมีค่าการเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO Conversion) ร้อยละ 87.64 ค่าการเลือกเกิดก๊าซ LPG (LPG Selectivity) ร้อยละ 38.16 และผลผลิตก๊าซ LPG (LPG Yield) ร้อยละ 33.47 ในขณะที่ระบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ปรับปรุงด้วย KMnO4 มีสมรรถนะลดลง โดยมีค่าการเปลี่ยนก๊าซ CO ลดลงเหลือร้อยละ 86.83 และ 83.14 สำหรับปริมาณการเติมร้อยละ 10 และ 20 ตามลำดับ ผลการทดลองดังกล่าวชี้ให้เห็นว่า การอุดตันของตำแหน่งว่องไวที่เป็นกรดบนซีโอไลต์โดยสารประกอบโพแทสเซียมและแมงกานีสที่มีปริมาณมากเกินไป ส่งผลกระทบเชิงลบที่รุนแรงกว่าข้อดีที่คาดว่าจะได้รับจากการส่งเสริมทางรีดอกซ์หรือความเป็นด่าง จึงเป็นการขัดขวางขั้นตอนการเปลี่ยนเมทานอลไปเป็นไฮโดรคาร์บอน (Methanol-to-hydrocarbon dehydration step) ข้อค้นพบเหล่านี้เน้นย้ำถึงความสำคัญของความสมดุลระหว่างฟังก์ชันโลหะและฟังก์ชันกรด และบ่งชี้ว่าแม้การปรับปรุงด้วย KMnO4 จะถูกคาดหวังเพื่อใช้ในการควบคุมค่าการเลือกเกิดผลิตภัณฑ์ แต่ในสภาวะที่ทำการศึกษานี้กลับให้ผลในทางตรงกันข้ามเนื่องจากการเข้ายับยั้งตำแหน่งว่องไวหลักของตัวเร่งปฏิกิริยา
Article Details
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
เนื้อหาและข้อมูลในบทความที่ลงตีพิมพ์ใน Journal of SciTech-ASEAN ถือเป็นข้อคิดเห็นและความรับผิดชอบของผู้เขียนบทความโดยตรงซึ่งกองบรรณาธิการวารสาร ไม่จำเป็นต้องเห็นด้วย หรือร่วมรับผิดชอบใด ๆ
บทความ ข้อมูล เนื้อหา รูปภาพ ฯลฯ ที่ได้รับการตีพิมพ์ใน Journal of SciTech-ASEAN ถือเป็นลิขสิทธิ์ของ Journal of SciTech-ASEAN หากบุคคลหรือหน่วยงานใดต้องการนำทั้งหมดหรือส่วนหนึ่งส่วนใดไปเผยแพร่ต่อหรือเพื่อกระทำการใด จะต้องได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษรจาก Journal of SciTech-ASEAN ก่อนเท่านั้น
เอกสารอ้างอิง
Ao, M., Pham, G.H., Sunarso, J., Li, F., Jin, Y., & Liu, S. (2020). Effects of alkali promoters on tri-metallic Co-Ni-Cu-based perovskite catalyst for higher alcohol synthesis from syngas. Catalysis Today, 355, 26-34. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.06.061
Apergis, N., & Miller, S.M. (2009). Do structural oil-market shocks affect stock prices?. Energy Economics, 31(4), 569-575.
Argyle, M. D., & Bartholomew, C. H. (2015). Heterogeneous catalyst deactivation and regeneration: a review. Catalysts, 5(1), 145-269. https://doi.org/10.3390/catal5010145
Beerthuis, R., Visser, N.L., van der Hoeven, J.E.S., Ngene, P., Deeley, J.M.S., Sunley, G.J., de Jong, K.P., & de Jongh, P.E. (2021). Manganese oxide promoter effects in the copper-catalyzed hydrogenation of ethyl acetate. Journal of Catalysis, 394, 307-315. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.11.003
Chu, S., & Majumdar, A. (2012). Opportunities and challenges for a sustainable energy future. Nature, 488, 294-303. https://www.nature.com/articles/nature11475
David, E., & Armeanu, A. (2022). Cr/13X Zeolite and Zn/13X Zeolite nanocatalysts used in pyrolysis of pretreated residual biomass to produce bio-oil with improved quality. Nanomaterials, 12(12), 1960. https://doi.org/10.3390/nano12121960
Gielen, D., Boshell, F., Saygin, D., Bazilian, M.D., Wagner, N., & Gorini, R. (2019). The role of renewable energy in the global energy transformation. Energy Strategy Reviews, 24, 38-50. https://doi.org/10.1016/j.esr.2019.01.006
Janjira, S., & Promarin, K. (2022). Effects of potassium permanganate on cooking gas synthesis directly from the synthesis gas on the catalyst CuO-ZnO-Al2O3/HZSM5. Bachelor of Science Thesis (Industrial Chemistry), Department of Chemistry, Faculty of Science, King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang.
Kar, S., Kim, D., Annuar, A.B.M., Sarma, B.B., Stanton, M., Lam, E., Bhattacharjee, S., Karak, S., Greer, H.F., Reisner, E. (2025). Direct air capture of CO2 for solar fuel production in flow. Nature Energy, 10, 448-459. https://doi.org/10.1038/s41560-025-01714-y
Laksika, W., & Runarat, P. (2020). Synthesis of dimethyl ether from synthesis gas on cheap copper oxide zinc oxide aluminum oxide/HCSM5 catalyst modified with lanthanum. Bachelor of Science Thesis (Industrial Chemistry), Department of Chemistry, Faculty of Science, King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang.
Liu, X., Zhou, W., Yang, Y., Cheng, K., Kang, J., Zhang, L., Zhang, G., Min, X., Zhang, Q., & Wang, Y. (2018). Design of efficient bifunctional catalysts for direct conversion of syngas into lower olefins via methanol/dimethyl ether intermediates. Chemical Science, 9, 4708-4718. https://doi.org/10.1039/c8sc01597j
Ma, T., Imai, H., Shige, T., Sugio, T., & Li, X. (2015). Synthesis of Hydrocarbons from H2-Deficient Syngas in Fischer-Tropsch Synthesis over Co-based Catalyst Coupled with Fe-based catalyst as water-gas shift reaction. Journal of Nanomaterials, 268121. http://dx.doi.org/10.1155/2015/268121
Mahmoudi, H., Mahmoudi, M., Doustdar, O., Jahangiri, H., Tsolakis, A., Gu, S., & Wyszynski, M. L. (2017). A review of Fischer Tropsch synthesis process, mechanism, surface chemistry and catalyst formulation. Biofuels Engineering, 2, 11-31. https://doi.org/10.1515/bfuel-2017-0002
Nanchaphak, P. (2021). Effects of aluminum and zinc on copper oxide crystal size in the direct synthesis of dimethyl ether from synthesis gas. Master of Science Thesis, Department of Applied Chemistry, Faculty of Science, King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang.
Palgunadi, J., Yati, I., & Jung, K.D. (2010). Catalytic activity of Cu-Zn-Al-Mn admixed with gamma-alumina for the synthesis of DME from syngas: manganese effect or just method of preparation?. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, 101, 117-128. https://doi.org/10.1007/s11144-010-0205-z
Praphaporn, P., & Satawat, K. (2021). Catalyzing the hydrogenation reaction of carbon monoxide to LPG on a new type of catalyst. Bachelor of Science Thesis (Industrial Chemistry), Department of Chemistry, Faculty of Science, King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang.
Ramirez, A., Chowdhury, A. D., Dokania, A., Cnudde, P., Caglayan, M., Yarulina, I., Abou-Hamad, E., Gevers, L., Ould-Chikh, S., De Wispelaere, K., Van Speybroeck, V., & Gascon, J. (2019). Effect of zeolite topology and reactor configuration on the direct conversion of CO2 to light olefins and aromatics. ACS Catalysis, 9, 6320-6334. https://doi.org/10.1021/acscatal.9b01466
Raslavičius, L., Keršys, A., Mockus, S., Keršiene, N., & Starevičius, M. (2014). Liquefied petroleum gas (LPG) as a medium-term option in the transition to sustainable fuels and transport. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 32, 513-525. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.01.052
Ren, J., Cao, J.P., Zhao, X.Y., Yang, F.L., & Wei, X.Y. (2019). Recent advances in syngas production from biomass catalytic gasification: A critical review on reactors, catalysts, catalytic mechanisms and mathematical models. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 116, 109426. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109426
Tavares, M., Westphalen, G., Araujo Ribeiro de Almeida, J.M., Romano, P.N., Sousa-Aguiar, E.F. (2022). Modified fischer-tropsch synthesis: A review of highly selective catalysts for yielding olefins and higher hydrocarbons. Frontiers in Nanotechnology, 4, 978358. https://doi.org/10.3389/fnano.2022.978358
Thanaporn, P., & Pisek, R. (2021). Study of potassium permanganate (KMnO4) catalyst on 13X zeolitesupport for use in the synthesis of glycerol carbonate from carbonylation reaction of glycerol and urea. Journal of Science Ladkrabang, 30(1), 45-58.
Weber, J.l., Hernandez Mejia, C., de Jong, K.P., & Jongh, P.E. (2024). Recent advances in bifunctional synthesis gas conversion to chemicals and fuels with a comparison to monofunctional processes. Catalysis Science & Technology, 14, 4799-4842. https://doi.org/10.1039/d4cy00437j
Xiangang, M., Qingjie, G., Chuanyan, F., Junguo, M., & Hengyong, X. (2011). Direct synthesis of LPG from syngas derived from air-POM. Fuel, 90(5), 2051-2054. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.01.003
