Preview

Катализ в промышленности

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Термокаталитическое разложение метана на углеродных материалах и его применение в технологиях водородной энергетики

https://doi.org/10.18412/1816-0387-2021-1-2-47-54

Полный текст:

Аннотация

Актуальной задачей на сегодняшний день является поиск путей получения водорода, позволяющих избежать выбросов оксидов углерода в атмосферу и обеспечивающих реализацию так называемой низкоуглеродной энергетики. Производство водорода путем термокаталитического разложения метана (CMD) на углеродных катализаторах позволяет получать не только ценное экологически чистое топливо в виде водорода, но и широкий спектр углеродных материалов, которые могут найти применение в различных отраслях промышленности. Использование углеродных катализаторов имеет важное значение для экономической эффективности процесса разложения метана. Данная работа представляет собой обзор основ CMD и краткое изложение результатов исследования каталитической активности в этом процессе углеродных материалов (активированного угля, технического углерода, нанотрубок, нановолокон), отличающихся строением, физическими и химическими свойствами. Выявлены основные проблемы и перспективы использования данной технологии.

Об авторах

А. Р. Осипов
Центр новых химических технологий ИК СО РАН, Омск
Россия


И. А. Сидорчик
Центр новых химических технологий ИК СО РАН, Омск
Россия


Д. А. Шляпин
Центр новых химических технологий ИК СО РАН, Омск
Россия


В. А. Борисов
Центр новых химических технологий ИК СО РАН, Омск
Россия


Н. Н. Леонтьева
Центр новых химических технологий ИК СО РАН, Омск
Россия


А. В. Лавренов
Центр новых химических технологий ИК СО РАН, Омск
Россия


Список литературы

1. Böhringer C., Cantner U., Costard J., Kramkowski L.V., Gatzen C., Pietsch S. // Energy Policy. V. 144. doi: 10.1016/j.enpol.2020.111611.

2. Flamme S., Benrath D., Glanz S., Hoffart F., Pielow C., Roos M., Span R., Wagner H.J., Schönauer A.L. // Energy Procedia. V. 158. P. 3709—3714. doi: 10.1016/j.egypro.2019.01.887.

3. Fragkos P. et al. // Energy. V. 216. doi: 10.1016/j.energy.2020.119385.

4. Zhiznin S.Z., Timokhov V.M., Gusev A.L. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 45. P. 31353—31366. doi: 10.1016/j.ijhydene.2020.08.260.

5. Muradov N.Z., Veziroğlu T.N. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 30. P. 225—237. doi: 10.1016/j.ijhydene.2004.03.033.

6. Grigoriev S.A., Fateev V.N., Bessarabov D.G., Millet P. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 45. P. 26036–26058. doi: 10.1016/j.ijhydene.2020.03.109.

7. Du L., Sun Y., You B. // Mater. Reports Energy. P. 100004. doi: 10.1016/j.matre.2020.12.001.

8. Wang D., Li W., Liu J., Gao Z., Xu G., Cui Y. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 45. P. 30431—30442. doi: 10.1016/j.ijhydene.2020.08.039.

9. Abbas H.F., Wan Daud W.M.A. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 35. P. 1160—1190. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.11.036.

10. Ashik U P.M., Wan Daud W.M.A., Abbas H.F. // Renew. Sustain. Energy Rev. V. 44. P. 221—256. doi: 10.1016/j.rser.2014.12.025.

11. Serrano D.P., Botas J.A., Fierro J.L.G., Guil-López R., Pizarro P., Gómez G. // Fuel. V. 89. P. 1241—1248. doi: 10.1016/j.fuel.2009.11.030.

12. Züttel A. // Naturwissenschaften. V. 91. P. 157—172. doi: 10.1007/s00114-004-0516-x.

13. Konieczny A., Mondal K., Wiltowski T., Dydo P. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 33. P. 264—272. doi: 10.1016/j.ijhydene.2007.07.054.

14. Henao W., Cazaña F., Tarifa P., Romeo E., Latorre N., Sebastian V., Delgado J.J., Monzón A. // Chem. Eng. J. V. 404. P. 126103. doi: 10.1016/j.cej.2020.126103.

15. Zhang J., Xie W., Li X., Hao Q., Chen H., Ma X. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 44. P. 2633—2644. doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.12.005.

16. Zhang J., Xie W., Li X., Hao Q., Chen H., Ma X. // Energy Convers. Manag. V. 177. P. 330—338. doi: 10.1016/j.enconman.2018.09.075.

17. Wang Y., Zhang Y., Zhao S., Zhu J., Jin L., Hu H. // Carbon Resour. Convers. V. 3. P. 190—197. doi: 10.1016/j.crcon.2020.12.002.

18. Kim S.E., Jeong S.K., Park K.T., Lee K.Y., Kim H.J. // Catal. Commun. V. 148. P. 106167. doi: 10.1016/j.catcom.2020.106167.

19. Fidalgo B., Menéndez J.Á. // Chinese J. Catal. V. 32. P. 207—216. doi: https://doi.org/10.1016/S1872-2067(10)60166-0

20. Muradov N. // Catal. Commun. V. 2. P. 89—94. doi: https://doi.org/10.1016/S1566-7367(01)00013-9

21. Abanades S., Flamant G. // Chem. Eng. Process. Process Intensif. V. 47. P. 490—498. doi: 10.1016/j.cep.2007.01.006.

22. Steinberg M. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 24. P. 771—777. doi: 10.1016/S0360-3199(98)00128-1.

23. Muradov N.Z. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 18. P. 211—215. doi: 10.1016/0360-3199(93)90021-2.

24. Muradov N. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 26. P. 1165—1175. doi: 10.1016/S0360-3199(01)00073-8.

25. Zhansakova K.S., Russkikh G.S., Eremin E.N., Kropotin O.V. // AIP Conf. Proc. V. 2285. doi: 10.1063/5.0027255.

26. Wang W.J., Wu C.H. // Constr. Build. Mater. V. 47. P. 616—622. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2013.05.066.

27. Dinesh A., Abirami B., Moulica G. // Mater. Today Proc. doi: 10.1016/j.matpr.2020.10.526.

28. Wang X., Mikulčić H., Dai G., Zhang J., Tan H., Vujanović M. // J. Clean. Prod. V. 293. P. 126090. doi: 10.1016/j.jclepro.2021.126090

29. Su D.S., Perathoner S., Centi G. // Chem. Rev. V. 113. P. 5782—5816. doi: 10.1021/cr300367d.

30. de Souza Abreu F., Ribeiro C.C., da Silva Pinto J.D., Nsumbu T.M., Buono V.T.L. // J. Clean. Prod. V. 273. P. 122920. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.122920.

31. Патент РФ 2536141 С2, опубл. 2013.

32. Патент РФ 2545585 С1, опубл. 2013.

33. Патент РФ 2561435 С1, опубл. 2014.

34. Патент РФ 2627335 С2, опубл. 2016.

35. Патент РФ 2386599 С1, опубл. 2008.

36. Патент РФ 2420472 С1, опубл. 2010.

37. Патент РФ 2515007 С1, опубл. 2013.

38. Патент РФ 2592509 С1, опубл. 2015.

39. P’yanova L.G., Drozdov V.A., Sedanova A.V., Kornienko N.V. // Russ. J. Appl. Chem. V. 92. P. 940—945. doi: 10.1134/S1070427219070097.

40. Dorozhkin V.I., Fedorov Y.N., Gerunova L.K., P’Yanova L.G., Gerunov T.V., Delyagina M.S., Tarasenko A.A. // Sel’skokhozyaistvennaya Biol. V. 55. P. 394—405. doi: 10.15389/agrobiology. 2020.2.394eng.

41. P’Yanova L.G., Kornienko N.V., Ogurtsova D.N., Lavrenov A.V. // AIP Conf. Proc. V. 2301. doi: 10.1063/5.0033018.

42. P’yanova L.G., Drozdov V.A., Sedanova A.V., Arbuzov A.B., Lavrenov A.V. // Prot. Met. Phys. Chem. Surfaces. V. 56. P. 688—692. doi: 10.1134/S2070205120040206.

43. P’yanova L.G., Likholobov V.A., Drozdov V.A., Baklanova O.N., Talzi V.P., Sedanova A.V., Drozdetskaya M.S., Kornienko N.V. // Prot. Met. Phys. Chem. Surfaces. V. 53. P. 639—644. doi: 10.1134/S2070205117040189.

44. Dhanesh S., Kumar K.S., Maruthur P., Rejumon R., Usmansha G.S. // Mater. Today Proc. doi: 10.1016/j.matpr.2020.04.730.

45. Al-Hassani A.A., Abbas H.F., Wan Daud W.M.A. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 39. P. 14783—14791. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.07.031.

46. Abánades A., Rubbia C., Salmieri D. // Energy. V. 46. P. 359—363. doi: 10.1016/j.energy.2012.08.015.

47. Lee S.C., Seo H.J., Han G.Y. // Korean J. Chem. Eng. V. 30. P. 1716—1721. doi: 10.1007/s11814-013-0107-7.

48. Abbas H.F., Wan Daud W.M.A. // Fuel Process. Technol. V. 90. P. 1167—1174. doi: 10.1016/j.fuproc.2009.05.024.

49. Muradov N., Smith F., T-Raissi A. // Catal. Today. V. 102—103. P. 225—233. doi: 10.1016/j.cattod.2005.02.018.

50. Pinilla J.L., Suelves I., Lázaro M.J., Moliner R. // Chem. Eng. J. V. 138. P. 301—306. doi: 10.1016/j.cej.2007.05.056.

51. Serrano D.P., Botas J.A., Guil-Lopez R. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 34. P. 4488—4494. doi: 10.1016/j.ijhydene.2008.07.079.

52. Dufour A., Celzard A., Ouartassi B., Broust F., Fierro V., Zoulalian A. // Appl. Catal. A Gen. V. 360. P. 120—125. doi: 10.1016/j.apcata.2009.02.033.

53. Shilapuram V., Ozalp N., Oschatz M., Borchardt L., Kaskel S., Lachance R. // Ind. Eng. Chem. Res. V. 53. P. 1741—1753. doi: 10.1021/ie402195q.

54. Serrano D.P., Botas J.Á., Pizarro P., Gómez G. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 38. P. 5671—5683. doi: 10.1016/j.ijhydene.2013.02.112.

55. Abbas H.F., Baker I.F. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 36. P. 8985—8993. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.05.005.

56. Lee K.K., Han G.Y., Yoon K.J., Lee B.K. // Catal. Today. V. 93—95. P. 81—86. doi: 10.1016/j.cattod.2004.06.080.

57. Abbas H.F., Daud W.M.A.W. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 34. P. 6231—6241. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.05.143.

58. Abbas H.F., Daud W.M.A.W. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 34. P. 8034—8045. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.08.014.

59. Malaika A., Kozłowski M. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 34. P. 2600—2605. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.01.052.

60. Malaika A., Kozłowski M. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 35. P. 10302—10310. doi: 10.1016/j.ijhydene.2010.07.176.

61. Kim M.S., Lee S.Y., Kwak J.H., Han G.Y., Yoon K.J. // Korean J. Chem. Eng. V. 28. P. 1833—1838. doi: 10.1007/s11814-011-0064-y.

62. Pinilla J.L., Suelves I., Lázaro M. J., Moliner R. // J. Power Sources. V. 192. P. 100—106. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.12.074.

63. Malaika A., Krzyzyńska B., Kozłowski M. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 35. P. 7470—7475. doi: 10.1016/j.ijhydene.2010.05.026.

64. Kim M.H., Lee E.K., Jun J.H., Kong S.J., Han G.Y., Lee B.K., Lee T.J., Yoon K.J. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 29. P. 187—193. doi: 10.1016/S0360-3199(03)00111-3.

65. Wang J., Jin L., Li Y., Wang M., Hu H. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 43. P. 17611—17619. doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.07.179.

66. Ampelli C., Perathoner S., Centi G. // Cuihua Xuebao/Chinese J. Catal. V. 35. P. 783—791. doi: 10.1016/s1872-2067(14)60139-x.

67. Krzyzyński S., Kozłowski M. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 33. P. 6172—6177. doi: 10.1016/j.ijhydene.2008.07.091.

68. Bai Z., Chen H., Li W., Li B. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 31. P. 899—905. doi: 10.1016/j.ijhydene.2005.08.001.

69. Lee E.K., Lee S.Y., Han G.Y., Lee B.K., Lee T.J., Jun J.H., Yoon K.J. // Carbon N. Y. V. 42. P. 2641—2648. doi: 10.1016/j.carbon.2004.06.003.

70. Dufour A., Celzard A., Fierro V., Martin E., Broust F., Zoulalian A. // Appl. Catal. A Gen. V. 346. P. 164—173. doi: 10.1016/j.apcata.2008.05.023.

71. Wei L., Tan Y.S., Han Y.Z., Zhao J.T., Wu J., Zhang D. // Fuel. V. 90. P. 3473—3479. doi: 10.1016/j.fuel.2011.06.053.

72. Wang J., Jin L., Li Y., Jia C., Hu H. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 41. P. 10661—10669. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.04.021.

73. Shen Y., Lua A.C. // J. Colloid Interface Sci. V. 462. P. 48—55. doi: 10.1016/j.jcis.2015.09.050.

74. Botas J.A., Serrano D.P., Guil-López R., Pizarro P., Gómez G. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 35. P. 9788—9794. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.10.031.

75. Moliner R., Suelves I., Lázaro M. J., Moreno O. // Int. J. Hydrogen Energy. V. 30. Pp. P. 293—300. doi: 10.1016/j.ijhydene.2004.03.035.

76. Kameya Y., Hanamura K. // Carbon N. Y. V. 50. P. 3503—3512. doi: 10.1016/j.carbon.2012.03.018.

77. Bai Z., Li W., Bai J., Li B., Chen H. // Energy Sources, Part A Recover. Util. Environ. Eff. V. 34. Pp. P. 1145—1153. doi: 10.1080/15567031003663174.

78. Suelves I., Pinilla J. L., Lázaro M. J., Moliner R. // Chem. Eng. J. V. 140. P. 432—438. doi: 10.1016/j.cej.2007.11.014.

79. Serrano D.P., Botas J.Á., Pizarro P., Guil-López R., Gómez G. // Chem. Commun. P. 6585—6587. doi: 10.1039/b811800k.

80. Shilapuram V., Ozalp N., Oschatz M., Borchardt L., Kaskel S. // Carbon N. Y. V. 67. P. 377—389. doi: 10.1016/j.carbon.2013.10.008.


Для цитирования:


Осипов А.Р., Сидорчик И.А., Шляпин Д.А., Борисов В.А., Леонтьева Н.Н., Лавренов А.В. Термокаталитическое разложение метана на углеродных материалах и его применение в технологиях водородной энергетики. Катализ в промышленности. 2021;1(1-2):47-54. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2021-1-2-47-54

For citation:


Osipov A.R., Sidorchik I.A., Shlyapin D.A., Borisov V.A., Leontieva N.N., Lavrenov A.V. Thermocatalytic decomposition of methane on carbon materials and its application in hydrogen production technologies. Kataliz v promyshlennosti. 2021;1(1-2):47-54. (In Russ.) https://doi.org/10.18412/1816-0387-2021-1-2-47-54

Просмотров: 83


ISSN 1816-0387 (Print)
ISSN 2413-6476 (Online)