ไฮโดรจิเนชันของคาร์บอนไดออกไซด์บนตัวเร่งปฏิกิริยา Fe-Co แบบโครงสร้างแกน-เปลือก

Abstract

ไฮโดรจิเนชันของคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อการผลิตสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นหนทางหนึ่งที่จะสามารถแก้ไขปัญหาด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากการปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ โดยคาร์บอนไดออกไซด์สามารถถูกเติมไฮโดรเจนให้เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนผ่านปฏิกิริยารีเวอร์สวอเตอร์-แก๊สชิพต์ตามด้วยปฏิกิริยาฟิชเชอร์-ทรอปช์ งานวิจัยนี้จึงมีจุดประสงค์เพื่อศึกษาการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ไปเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็ก-โคบอลต์แบบโครงสร้างแกน-เปลือกซึ่งมีสองพื้นผิวหน้า ได้แก่ เหล็กบนตัวรองรับคาร์บอนทรงกลมเป็นชั้นแกน และโคบอลต์บนตัวรองรับซิลิกาเป็นชั้นเปลือก โดยกระบวนการสี่ขั้นตอนได้ถูกออกแบบมาเพื่อการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็ก-โคบอลต์แบบโครงสร้างแกน-เปลือก เริ่มต้นจากการสังเคราะห์คาร์บอนทรงกลมด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอล คาร์บอไนเซชันตามด้วยการเคลือบฝังเหล็กลงบนตัวรองรับคาร์บอนทรงกลมที่เตรียมได้ จากนั้นวิธีโซล-เจลถูกนำมาใช้สำหรับการเคลือบซิลิกาลงบนแกนกลางเหล็กบนตัวรองรับคาร์บอนทรงกลมเพื่อสร้างชั้นเปลือก สุดท้ายจึงทำการเคลือบฝังโคบอลต์ลงบนชั้นเปลือกซิลิกา ซึ่งจากการศึกษาด้วยเทคนิคจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดและแบบส่องผ่านพร้อมด้วยการวัดการกระจายพลังงานของรังสีเอกซ์ เทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์และเทคนิคการดูดซับทางกายภาพด้วยไนโตรเจนสามารถยืนยันการเกิดขึ้นของชั้นเปลือกซิลิกาจากการเตรียมด้วยวิธีดังกล่าว สำหรับการทดสอบประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของคาร์บอนไดออกไซด์สามารถทำได้โดยใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบเบดนิ่งภายใต้อุณหภูมิ 300 องศาเซลเซียส ที่ความดัน 25 บาร์ พร้อมด้วยสัดส่วนไฮโดรเจนต่อคาร์บอนไดออกไซด์ของสารป้อนเท่ากับ 3 พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้ให้ค่าการเปลี่ยนแปลงของคาร์บอนไดออกไซด์ร้อยละ 47.02 และให้ค่าการเลือกเกิดเป็นมีเทนร้อยละ 87.38