Catalizzatori a base Cu e Ni per la deidrogenazione del (bio)etanolo

Abstract

Il lavoro di tesi si è concentrato sulla sintesi di catalizzatori a base Cu e Ni supportati su allumina per la deidrogenazione del (bio)etanolo ad acetaldeide, un prodotto di grande interesse industriale. Il lavoro si è diviso in due fasi: la sintesi (e l'ottimizzazione della strategia di sintesi) di campioni a base Cu monometallici via impregnazione, sintesi idrotermale, sintesi combustiva in soluzione e deposizione precipitazione, e la sintesi dei campioni bimetallici via idrotermale e combustiva. I campioni sono stati caratterizzati mediante XRD, FESEM, BET, IR e UV-Vis e i migliori testati in prova di catalisi TPSR. Dall'analisi dei dati TPSR sono stati scelti i campioni più performanti e testati nuovamente in rampa di temperatura per poter effettuare un confronto con il catalizzatore commerciale monometallico e con un monometallico e bimetallico con diverso supporto. Da queste prove si è concluso che, per i campioni monometallici, quello sintetizzato in difetto di urea e con una rampa termica ottimizzata, risulta il migliore arrivando ad una resa ad acetaldeide del 64% con una selettività dell’80%, superando anche le performance di quello commerciale. Per quel che riguarda i catalizzatori bimetallici si è concluso che quello ottenuto via sintesi combustiva presenta selettività elevate a conversioni parziali, mentre quello sintetizzato via idrotermale conferma l’effetto benefico del Ni. Inoltre, anche con un supporto con spiccate proprietà acide è possibile sviluppare materiali che presentino una incrementata interazione del rame con il supporto stesso.

This thesis work focused on the synthesis of Cu- and Ni-based catalysts supported on alumina for the dehydrogenation of (bio)ethanol to acetaldehyde, a product of great industrial interest. The work was divided into two phases: the synthesis (and optimization of the synthesis strategy) of monometallic Cu-based samples via impregnation, hydrothermal synthesis, combustive synthesis in solution and deposition precipitation, and the synthesis of bimetallic samples via hydrothermal and combustive synthesis. The samples were characterized by XRD, FESEM, BET, IR and UV-Vis and the best tested in TPSR catalysis test. From the analysis of the TPSR data, the best performing samples were chosen and tested again in temperature ramping in order to compare with the commercial monometallic catalyst and a monometallic and bimetallic catalyst with different support. From these tests, it was concluded that, for the monometallic samples, the one synthesized in urea defect and with an optimized temperature ramp is the best one arriving at an acetaldehyde yield of 64 percent with a selectivity of 80 percent, exceeding even the performance of the commercial one. As for the bimetallic catalysts, it was concluded that the one obtained via combustive synthesis exhibits high selectivities at partial conversions, while the one synthesized via hydrothermal confirms the beneficial effect of Ni. Moreover, even with a support with pronounced acidic properties, it is possible to develop materials that exhibit increased interaction of copper with the support