ammonia to nitrogen (>90%) by -Al2O3-supported Ni in selective
catalytic oxidation processes. Furthermore, Wang et al.
[15], who developed Ni-based catalysts for fuel gas oxidation
from biomass gasification, found fresh Ni-based catalysts to be
more active at lower temperature for the decomposition process
of ammonia, and the partial pressure of hydrogen in the flue
gas was a key factor to model ammonia oxidation. Liang [18]
studied ammonia oxidation in a fixed-bed microreactor in the
temperature range of 600–750 ◦C at GHSV= 1800–3600 h−1.
He observed that the conversion of ammonia reached 98.7 and
99.8% on nitrided MoNx/-Al2O3 and NiMoNy/-Al2O3 catalysts,
respectively. Olofsson et al. [19] have demonstrated that
excellent catalytic conversion of ammonia for nitrogen formation
and by -Al2O3-supported Pt/CuO in selective catalytic
oxidation processes. Among these, Schmidt-Szałowski [14] also
published a paper covering a hypothetical model to explain the
effect, the activity, and the selectivity in ammonia oxidation of
the cobalt oxide catalyst’s macrostructure on its properties.
As concerns reaction kinetic model, Lou [20] used a catalyst
composed of Pt, Ni and Cr alloy of foam type to study
the kinetics of catalytic incineration of butanone and toluene.
He found that the Mars and van Krevelen model was suitable to
describe the catalytic incineration of those volatile organic compounds
(VOCs). Lou [21] used a Pt/Al2O3 alloy catalyst to study
the kinetics of catalytic incineration of trichloromethane. He
adopted power-rate law kinetics and found that the reaction was
first-order in trichloromethane concentration and the activation
energy was 16.2 kcal/mol. Lou [22] also used a 0.05% Pt/Ni/Cr
alloy catalyst to study the kinetics of catalytic incineration of
trichloromethane. He found that the Mars and van Krevelen
model was suitable to describe the catalytic incineration of these
VOCs. Gangwal [23] used a 0.1% Pt, 3% Ni/-Al2O3 catalyst to
study the kinetics of deep catalytic oxidation with n-hexane and
benzene. They found that the Mars and van Krevelen model was
favorable to explain the catalytic combustion of a binary mixture
at temperature ranging from 160 to 360 ◦C. Nitrogen compounds
have been shown the similar manner, which were reversible
inhibitors to the catalyst [24]. However, the kinetic studies of
catalytic oxidation of NH3 on metal composite catalysts have
not been thoroughly investigated.
In this study, we investigate the nature of the adsorbed
species formed on the catalyst surface using an interpretation
of the kinetic data. Various kinetic models, including the
power-rate law, the Mars and van Krevelen model, and the
Langmuir–Hinshelwood model were evaluated in driving the
rate expression for NH3 oxidation. Hence, we sought to study
the activity of the nanoscale copper-cerium bimetallic catalyst
on oxidation of ammonia at various parameters and the kinetic
behavior of ammonia removal in the effluent stream. Our results
can provide valuable information for designing and treating an
ammonia-related system.
2. Materialscerium(III) nitrate (GR grade, Merck, Darmstadt, Germany) at
molar ratio of 6:4. They were thenwas calcined at 500 ◦Cinanair
stream for 4 h. The resulting powder was made into tablets using
acetic acid as a binder. The tablets were later reheated at 300 ◦C
to burn the binder out of the nanoscale copper-cerium bimetallic
tablets. They were then crushed and sieved into various particle
sizes ranging between 0.25 and 0.15mm for later use.
The experiments were carried out on a tubular fixed-bed flow
quartz reactor (TFBR). Four flowing gases, namely NH3, prepared
the feeding mixture and the diluent’s gas, helium, at the
inlet of the reactor, each of them was independently controlled
with a mass flow regulator. High purity dry air was used as
the carrier gas and controlled with a mass flow meter (Sierra
instrument Inc., USA) in the range of 8–13 L/min. The weight
of catalysts is 1 g (empty bed volume approximately at 1.2 cm3).
An inert material of -Al2O3 spheres (a hydrophilic inert material)
was used to increase the interfacial area in gas phase for
better mass transfer of ammonia from air. Hence, the limitations
of external mass transfer and inter-particle diffusion were negligible
in this reactor. The reaction tube (length 300mm and inner
diameter 28 mm) was placed inside a split tube furnace; and the
tube containing the catalyst was also placed inside a spilt tube
furnace. Two thermocouples of type K (Omega, USA) and a
diameter of 0.5mm were mounted and equally spaced along the
catalyst bed. The thermocouples were also connected to a PID
controller (FP21, Shimaaen Co Ltd, Japan) to maintain a uniform
temperature in the tube within ±0.5%. The feed gas (GHSV,
92,000 ml/h-g) was controlled at the concentration of 1000 ppm
NH3 under a GHSV of 92,000 ml/h-g and a concentration of O2
of 4%. The catalyst’s deactivation was not apparent during the
tests. The reaction rate (r) of NH3 is defined as follows:
r = F
V
· (Cin − Cout) =
F
V
· Cin · X (5)
in which r is the reaction rate of NH3 (mol ml−1 s−1), F/V is the
space velocity per second, Cin and Cout are the inlet and outlet
concentration (mol ml−1) of NH3, X is the conversion of NH3
(%).
To study the oxidation kinetics expressions involving surface
interactions and competitive adsorption of NH3 over nanoscale
copper-cerium bimetallic catalyst with highly active, three
kinetic models: power-rate law model, Mars and van Krevelen
model, and Langmuir–Hinshelwood model were examined
[25–27]. These approaches will be adopted in the next section
in this paper. The following overall rate equations were found
using the Langmuir–Hinshelwood model (Eqs (6) and (7)) and
the Mars and van Krevelen model (Eqs (8)–(11)) to describe the
oxidation of ammonia, respectively.
−ri = kKiCiKoiCoi
(1 + KiCi + KoiCoi)2 (6)
Eq (6) can be simplified to a linear function:
Ci
−ri
= 1 √
K
+ K
√
KCi (
แอมโมเนียกับไนโตรเจน (> 90%) โดย - Al2O3-สนับสนุน Ni ในงานกระบวนการตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน นอกจากนี้ Wang et al[15], ผู้พัฒนา Ni ตามสิ่งที่ส่งเสริมการเกิดออกซิเดชันของน้ำมันเชื้อเพลิงจากการแปรสภาพเป็นแก๊สชีวมวล พบสด Ni ตามสิ่งที่ส่งเสริมให้อยู่ที่อุณหภูมิต่ำสำหรับกระบวนการแยกส่วนประกอบแอมโมเนีย และความดันบางส่วนของไฮโดรเจนในการชำระล้างกรดปัจจัยสำคัญการออกซิเดชันของแอมโมเนียแบบจำลองก๊าซได้ เหลียง [18]ศึกษาการออกซิเดชันของแอมโมเนียใน microreactor เตียงในการช่วงอุณหภูมิ 600 – 750 ◦C ที่ GHSV = 1800-3600 h−1เขาสังเกตเห็นว่า การแปลงแอมโมเนียถึง 98.7 และ99.8% ใน nitrided MoNx / - Al2O3 และ NiMoNy / - สิ่งที่ส่งเสริม Al2O3ตามลำดับ Olofsson et al. [19] ได้แสดงที่เยี่ยมแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาแอมโมเนียการก่อตัวของไนโตรเจนโดย - Al2O3-สนับสนุน Pt/CuO ในใช้ตัวเร่งปฏิกิริยากระบวนการออกซิเดชัน ในหมู่เหล่านี้ ชมิดท์-Szałowski [14] นอกจากนี้เผยแพร่เอกสารแบบสมมุติอธิบายครอบคลุมการผล กิจกรรม และวิธีในการออกซิเดชันของแอมโมเนียของmacrostructure ของโคบอลต์ออกไซด์ catalyst ในคุณสมบัติเกี่ยวข้องกับรูปแบบเดิม ๆ ของปฏิกิริยา ลู [20] ใช้เป็น catalystประกอบด้วยโลหะ Pt, Ni และ Cr ผสมโฟมชนิดการศึกษาจลนพลศาสตร์ของตัวเร่งปฏิกิริยาเผาบิวทาโนนและโทลูอีนเขาพบว่า ดาวอังคารและรถตู้ Krevelen รูปแบบเหมาะสมกับอธิบายเผาตัวเร่งปฏิกิริยาของสารอินทรีย์ที่ระเหย(VOCs). Lou [21] used a Pt/Al2O3 alloy catalyst to studythe kinetics of catalytic incineration of trichloromethane. Headopted power-rate law kinetics and found that the reaction wasfirst-order in trichloromethane concentration and the activationenergy was 16.2 kcal/mol. Lou [22] also used a 0.05% Pt/Ni/Cralloy catalyst to study the kinetics of catalytic incineration oftrichloromethane. He found that the Mars and van Krevelenmodel was suitable to describe the catalytic incineration of theseVOCs. Gangwal [23] used a 0.1% Pt, 3% Ni/-Al2O3 catalyst tostudy the kinetics of deep catalytic oxidation with n-hexane andbenzene. They found that the Mars and van Krevelen model wasfavorable to explain the catalytic combustion of a binary mixtureat temperature ranging from 160 to 360 ◦C. Nitrogen compoundshave been shown the similar manner, which were reversibleinhibitors to the catalyst [24]. However, the kinetic studies ofcatalytic oxidation of NH3 on metal composite catalysts havenot been thoroughly investigated.In this study, we investigate the nature of the adsorbedspecies formed on the catalyst surface using an interpretationof the kinetic data. Various kinetic models, including thepower-rate law, the Mars and van Krevelen model, and theLangmuir–Hinshelwood model were evaluated in driving therate expression for NH3 oxidation. Hence, we sought to studythe activity of the nanoscale copper-cerium bimetallic catalyston oxidation of ammonia at various parameters and the kineticbehavior of ammonia removal in the effluent stream. Our resultscan provide valuable information for designing and treating anammonia-related system.2. Materialscerium(III) nitrate (GR grade, Merck, Darmstadt, Germany) atmolar ratio of 6:4. They were thenwas calcined at 500 ◦Cinanairstream for 4 h. The resulting powder was made into tablets usingacetic acid as a binder. The tablets were later reheated at 300 ◦Cto burn the binder out of the nanoscale copper-cerium bimetallictablets. They were then crushed and sieved into various particlesizes ranging between 0.25 and 0.15mm for later use.The experiments were carried out on a tubular fixed-bed flowquartz reactor (TFBR). Four flowing gases, namely NH3, preparedthe feeding mixture and the diluent’s gas, helium, at theinlet of the reactor, each of them was independently controlledwith a mass flow regulator. High purity dry air was used asthe carrier gas and controlled with a mass flow meter (Sierrainstrument Inc., USA) in the range of 8–13 L/min. The weightof catalysts is 1 g (empty bed volume approximately at 1.2 cm3).An inert material of -Al2O3 spheres (a hydrophilic inert material)was used to increase the interfacial area in gas phase forbetter mass transfer of ammonia from air. Hence, the limitationsof external mass transfer and inter-particle diffusion were negligiblein this reactor. The reaction tube (length 300mm and innerdiameter 28 mm) was placed inside a split tube furnace; and thetube containing the catalyst was also placed inside a spilt tubefurnace. Two thermocouples of type K (Omega, USA) and adiameter of 0.5mm were mounted and equally spaced along thecatalyst bed. The thermocouples were also connected to a PIDcontroller (FP21, Shimaaen Co Ltd, Japan) to maintain a uniformtemperature in the tube within ±0.5%. The feed gas (GHSV,92,000 ml/h-g) was controlled at the concentration of 1000 ppmNH3 under a GHSV of 92,000 ml/h-g and a concentration of O2of 4%. The catalyst’s deactivation was not apparent during thetests. The reaction rate (r) of NH3 is defined as follows:r = FV· (Cin − Cout) =FV· Cin · X (5)in which r is the reaction rate of NH3 (mol ml−1 s−1), F/V is thespace velocity per second, Cin and Cout are the inlet and outletconcentration (mol ml−1) of NH3, X is the conversion of NH3(%).To study the oxidation kinetics expressions involving surfaceinteractions and competitive adsorption of NH3 over nanoscalecopper-cerium bimetallic catalyst with highly active, threekinetic models: power-rate law model, Mars and van Krevelenmodel, and Langmuir–Hinshelwood model were examined[25–27]. These approaches will be adopted in the next sectionin this paper. The following overall rate equations were foundusing the Langmuir–Hinshelwood model (Eqs (6) and (7)) andthe Mars and van Krevelen model (Eqs (8)–(11)) to describe theoxidation of ammonia, respectively.−ri = kKiCiKoiCoi(1 + KiCi + KoiCoi)2 (6)Eq (6) can be simplified to a linear function:Ci−ri= 1 √K+ K√KCi (
การแปล กรุณารอสักครู่..
แอมโมเนียไนโตรเจน (> 90%) โดย? -Al2O3 สนับสนุน Ni
เลือกในกระบวนการออกซิเดชั่เร่งปฏิกิริยา นอกจากนี้วัง et al.
[15] ผู้พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยา Ni
ที่ใช้สำหรับการออกซิเดชั่ก๊าซเชื้อเพลิงจากก๊าซชีวมวลพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาสดNi-based เพื่อจะใช้งานมากขึ้นที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่าสำหรับขั้นตอนการสลายตัวของแอมโมเนียและความดันบางส่วนของไฮโดรเจนในปล่องก๊าซเป็นปัจจัยสำคัญในการจำลองการเกิดออกซิเดชันแอมโมเนีย เหลียง [18] การศึกษาการเกิดออกซิเดชันแอมโมเนียในปฏิกรณ์คงที่เตียงในช่วงอุณหภูมิ 600-750 ◦Cที่ GHSV = 1800-3600 H-1. เขาตั้งข้อสังเกตว่าการเปลี่ยนแปลงของแอมโมเนียถึง 98.7 และ99.8% ในไนไตรด์ MoNx /? -Al2O3 และ NiMoNy /? - ตัวเร่งปฏิกิริยา Al2O3, ตามลำดับ โอลอฟและอัล [19] ได้แสดงให้เห็นว่าการแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาที่ยอดเยี่ยมของแอมโมเนียไนโตรเจนสำหรับการก่อตัวและ? -Al2O3 สนับสนุน Pt / ออกไซด์ในการเร่งปฏิกิริยาเลือกกระบวนการออกซิเดชั่ ระหว่างนี้ Schmidt-Szałowski [14] นอกจากนี้ยังตีพิมพ์บทความที่ครอบคลุมรูปแบบการสมมุติที่จะอธิบายผลกิจกรรมและการเลือกในการเกิดออกซิเดชันแอมโมเนียของตัวเร่งปฏิกิริยาโคบอลต์ออกไซด์ของมหภาคเกี่ยวกับคุณสมบัติของ. ในฐานะที่เป็นความกังวลปฏิกิริยารูปแบบการเคลื่อนไหวลู [20 ] ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาประกอบด้วยPt, Ni และโลหะผสมโครเมียมชนิดโฟมเพื่อศึกษาจลนศาสตร์ของการเผาเร่งปฏิกิริยาของbutanone และโทลูอีน. the เขาพบว่าดาวอังคารและรถตู้ Krevelen รูปแบบมีความเหมาะสมที่จะอธิบายการเผาตัวเร่งปฏิกิริยาของบรรดาสารอินทรีย์ระเหย(VOCs ) ลู [21] ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสม Pt / Al2O3 เพื่อศึกษาจลนศาสตร์ของการเผาเร่งปฏิกิริยาของtrichloromethane เขานำมาใช้อำนาจกฎหมายจลนศาสตร์อัตราและพบว่าปฏิกิริยาเป็นลำดับแรกในความเข้มข้นtrichloromethane และการเปิดใช้งานพลังงานเป็น16.2 kcal / mol ลู [22] ยังใช้ 0.05% Pt / Ni / Cr ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมเพื่อการศึกษาจลนศาสตร์ของการเผาตัวเร่งปฏิกิริยาของtrichloromethane เขาพบว่าดาวอังคารและรถตู้ Krevelen รูปแบบมีความเหมาะสมในการอธิบายการเผาตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้VOCs Gangwal [23] ใช้ 0.1% Pt, 3% Ni /? - ตัวเร่งปฏิกิริยา Al2O3 การศึกษาจลนศาสตร์ของการเกิดออกซิเดชันเร่งปฏิกิริยาลึกกับn-เฮกเซนและเบนซิน พวกเขาพบว่าดาวอังคารและรถตู้ Krevelen เป็นรูปแบบที่ดีที่จะอธิบายการเผาไหม้เร่งปฏิกิริยาของส่วนผสมไบนารีที่อุณหภูมิตั้งแต่160-360 ◦C สารประกอบไนโตรเจนได้รับการแสดงให้เห็นถึงลักษณะที่คล้ายกันซึ่งย้อนกลับยับยั้งการเร่ง[24] อย่างไรก็ตามการศึกษาการเคลื่อนไหวของการเกิดออกซิเดชันเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาใน NH3 คอมโพสิตโลหะได้อย่างละเอียดถี่ถ้วน. ในการศึกษานี้เราจะตรวจสอบลักษณะของการดูดซับที่สายพันธุ์ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้การตีความของข้อมูลเกี่ยวกับการเคลื่อนไหว รูปแบบการเคลื่อนไหวต่าง ๆ รวมทั้งอำนาจกฎหมายอัตราดาวอังคารและรถตู้Krevelen รูปแบบและรูปแบบLangmuir-Hinshelwood ได้รับการประเมินในการขับรถการแสดงออกของอัตราการเกิดออกซิเดชันNH3 ดังนั้นเราจึงพยายามที่จะศึกษากิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยา bimetallic ทองแดงซีเรียมระดับนาโนในการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียที่พารามิเตอร์ต่างๆและการเคลื่อนไหวพฤติกรรมของการกำจัดแอมโมเนียในกระแสน้ำทิ้ง ผลของเราสามารถให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์สำหรับการออกแบบและการรักษาระบบแอมโมเนียที่เกี่ยวข้อง. 2 Materialscerium (III) ไนเตรต (เกรด GR เมอร์ค, ดาร์มสตัด, เยอรมนี) ในอัตราส่วน6: 4 พวกเขาถูกเผา thenwas ที่ 500 ◦Cinanairกระแส4 ชั่วโมง ผงที่เกิดขึ้นกลายเป็นแท็บเล็ตโดยใช้กรดอะซิติกเป็นเครื่องผูก แท็บเล็ตต่อมาได้รับการอุ่นที่ 300 ◦Cการเผาไหม้สารยึดเกาะออกจากทองแดงซีเรียมนาโนbimetallic แท็บเล็ต พวกเขาถูกบดแล้วร่อนลงในอนุภาคต่างๆที่มีขนาดอยู่ระหว่าง 0.25 และ 0.15 มมเพื่อใช้ในภายหลัง. การทดลองดำเนินการในท่อเตียงคงไหลปฏิกรณ์ควอทซ์ (TFBR) สี่ก๊าซไหลคือ NH3 เตรียมส่วนผสมให้อาหารและก๊าซเจือจางของฮีเลียมที่ทางเข้าของเครื่องปฏิกรณ์แต่ละของพวกเขาได้รับการควบคุมได้อย่างอิสระด้วยการควบคุมการไหลของมวล มีความบริสุทธิ์สูงอากาศแห้งที่ใช้เป็นก๊าซที่ผู้ให้บริการและมีการควบคุมที่มีการไหลมวลเมตร(เซียร์ราตราสารอิงค์สหรัฐอเมริกา) ในช่วง 8-13 ลิตร / นาที น้ำหนักของตัวเร่งปฏิกิริยาคือ 1 กรัม (ปริมาณเตียงที่ว่างเปล่าประมาณ 1.2 cm3). วัสดุเฉื่อยของ? -Al2O3 ทรงกลม (เป็นวัสดุเฉื่อย hydrophilic) ถูกใช้ในการเพิ่มพื้นที่ interfacial ในระยะก๊าซสำหรับการถ่ายโอนมวลที่ดีขึ้นของแอมโมเนียจากอากาศ ดังนั้นข้อ จำกัดของการถ่ายโอนมวลภายนอกและการแพร่กระจายระหว่างอนุภาคได้เล็กน้อยในเครื่องปฏิกรณ์นี้ หลอดปฏิกิริยา (300mm ความยาวและด้านในมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง28 มิลลิเมตร) ที่วางอยู่ภายในหลอดแยกเตา; และหลอดที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาถูกวางไว้ยังอยู่ในท่อที่รั่วไหลเตา เทอร์โมสองชนิด K (โอเมก้า, สหรัฐอเมริกา) และขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง0.5 มมได้รับการติดตั้งและระยะห่างเท่า ๆ กันตามแนวนอนตัวเร่งปฏิกิริยา เทอร์โมยังเชื่อมต่อกับ PID ควบคุม (FP21, Shimaaen จำกัด ประเทศญี่ปุ่น) เพื่อรักษาเครื่องแบบอุณหภูมิในหลอดภายใน± 0.5% ก๊าซฟีด (GHSV, 92,000 มล. / hg) ถูกควบคุมที่ระดับความเข้มข้น 1,000 ppm NH3 ภายใต้ GHSV ของ 92,000 มล. / hg และความเข้มข้นของ O2 4% การเสื่อมตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ได้เป็นที่เห็นได้ชัดในช่วงการทดสอบ อัตราการเกิดปฏิกิริยา (R) ของ NH3 ที่กำหนดไว้ดังต่อไปนี้: r = F V · (Cin - ศาล) =? F V? · Cin ·เอ็กซ์ (5) ที่ r คืออัตราการเกิดปฏิกิริยาของ NH3 (mol ml-1 วินาที -1), F / V คือความเร็วพื้นที่ต่อวินาทีCin และศาลมีทางเข้าและทางออกเข้มข้น(มล. mol-1) ของ NH3, X คือแปลงของ NH3 (%). เพื่อศึกษาจลนศาสตร์การเกิดออกซิเดชันสำนวนที่เกี่ยวข้องกับพื้นผิวปฏิสัมพันธ์และการดูดซับการแข่งขันของ NH3 กว่าระดับนาโนตัวเร่งปฏิกิริยาbimetallic ทองแดงซีเรียมที่มีการใช้งานสูงสามรูปแบบการเคลื่อนไหว: พลังอัตรารูปแบบกฎหมายดาวอังคารและรถตู้ Krevelen รุ่นและ Langmuir-Hinshelwood รูปแบบมีการตรวจสอบ[25-27] วิธีการเหล่านี้จะถูกนำมาใช้ในส่วนถัดไปในบทความนี้ สมการอัตราโดยรวมต่อไปนี้ถูกพบโดยใช้รูปแบบการ Langmuir-Hinshelwood (EQS (6) และ (7)) และดาวอังคารและรถตู้Krevelen รูปแบบ (EQS (8) - (11)) ในการอธิบายการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียตามลำดับ. - ri kKiCiKoiCoi = (1 + + KiCi KoiCoi) 2 (6) สมการ (6) ได้ง่ายไปยังฟังก์ชั่นเชิงเส้น:? Ci -ri = 1 √? K + K ?? √? K Ci (
การแปล กรุณารอสักครู่..