Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Development of a method for the production of active Ni/α-Fe2O3 catalysts for the hydrogenation of furfural

Tomasz Andrzej Kociszewski

Abstract

The running-out resources of coal and oil have forced researchers to look for alternative energy sources as well as renewable sources of raw materials, whose processing would provide valuable chemical compounds. Furfural - a compound obtained from cellulose waste, as well as from straw and maize cobs is, due to its ease of preparation, one of the potential starting materials for the synthesis of biofuels and valuable chemical compounds, mainly furfuryl alcohol, but also compounds such as tetrahydrofurfuryl alcohol, 2-methylfuran, 2-methyltetrahydrofuran, furan or tetrahydrofuran. Most, about 62% of the annual production of furfural is used to produce furfuryl alcohol, which is mainly used for the synthesis of furan resins. Furfural alcohol from furfural is obtained by hydrogenation with gaseous hydrogen in the presence of metal catalysts. Researchers are still looking for active, selective catalytic systems against which this reaction can be obtained to obtain satisfying degrees of furfural conversion. An additional research challenge is the development of catalysts for which the reaction will take place under mild conditions. As part of the research, Ni/α-Fe2O3 catalysts were synthesized and a furfural hydrogenation reaction was carried out with hydrogen, in the gas phase, in a flow reactor. During the research, the influence of the catalyst precursor selection, the synthesis method of α-Fe2O3, nickel concentration on the catalyst surface, reduction conditions, solvent and the SiO2 catalyst deposition on the furfural hydrogenation reaction to furfuryl alcohol was examined. Reactions were carried out under mild conditions - at atmospheric pressure and at low temperatures, with a ten-fold excess of hydrogen flow relative to furfural. On the basis of the obtained test results, a 5% Ni/α-Fe2O3 catalyst was prepared, towards which the furfural hydrogenation reaction was carried out at 250°C with a yield of furfuryl alcohol equal to 25.09%, yielding 52.60% of furfural conversion. On the basis of the results obtained in this work, it can be concluded, that nickel catalysts deposited on α-Fe2O3 exhibits medium actvity in the hydrogenation of furfural.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Tomasz Andrzej Kociszewski (FC) Tomasz Andrzej Kociszewski,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Opracowanie metody wytwarzania aktywnych katalizatorów Ni/α-Fe2O3 do reakcji uwodornienia furfuralu
Supervisor
Piotr Winiarek (FC/CChT) Piotr Winiarek,, Chair of Chemical Technology (FC/CChT)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Chair of Chemical Technology (FC/CChT)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
07-02-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Wanda Ziemkowska (FC/DCOC) Wanda Ziemkowska,, Department Of Catalysis And Organometallic Chemistry (FC/DCOC)Faculty of Chemistry (FC) Piotr Winiarek (FC/CChT) Piotr Winiarek,, Chair of Chemical Technology (FC/CChT)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
furfural, uwodornienie, kataliza, nikiel, tlenek żelaza, alkohol furfurylowy
Keywords in English
furfural, hydrogenation, catalysis, nickel, iron oxide, furfuryl alcohol
Abstract in Polish
Wyczerpujące się zasoby węgla kopalnego oraz ropy naftowej zmusiły badaczy do poszukiwania alternatywnych źródeł energii, a także odnawialnych źródeł surowców, których przetwórstwo dostarczy wartościowych związków chemicznych. Furfural – związek pozyskiwany z odpadów celulozowych, a także ze słomy oraz kolb kukurydzy jest, ze względu na łatwość jego otrzymywania, jednym z potencjalnych materiałów wyjściowy do syntezy biopaliw i cennych związków chemicznych, głównie alkoholu furfurylowego, ale także takich związków jak alkohol tetrahydrofurfurylowy, 2-metylofuran, 2-metylotetrahydrofuran, furan czy tetrahydrofuran. Najwięcej, bo około 62% rocznej produkcji furfuralu zużywa się do produkcji alkoholu furfurylowego, który używany jest do syntezy żywic furanowych. Alkohol furfurylowy z furfuralu otrzymuje się w reakcji uwodornienia gazowym wodorem wobec katalizatorów metalicznych. Badacze wciąż poszukują aktywnych, selektywnych układów katalitycznych, wobec których można prowadzić tę reakcję uzyskując zadowalające stopnie przemiany furfuralu. Dodatkowym wyzwaniem badawczym jest opracowanie katalizatorów, wobec których reakcja przebiegnie w łagodnych warunkach. W ramach przeprowadzonych badań dokonano syntez katalizatorów Ni/α-Fe2O3 oraz prowadzono wobec nich reakcję uwodornienia furfuralu wodorem w fazie gazowej w reaktorze przepływowym. W trakcie badań zbadano wpływ doboru prekursora katalizatora, metody syntezy α-Fe2O3, stężenia niklu na powierzchni katalizatora, warunków redukcji, rozpuszczalnika oraz osadzenia katalizatora na nośniku SiO2 na przebieg reakcji uwodornienia furfuralu do alkoholu furfurylowego. Reakcje prowadzono w łagodnych warunkach - pod ciśnieniem atmosferycznym i w niskich temperaturach, w dziesięciokrotnym nadmiarze przepływu wodoru w stosunku do furfuralu. Na podstawie uzyskanych wyników badań opracowano metodę otrzymywania katalizatora 5%Ni/α-Fe2O3, wobec którego reakcję uwodornienia furfuralu przeprowadzono w temperaturze 250°C z wydajnością alkoholu furfurylowego równą 25,09%, uzyskując 52,60% konwersji furfuralu. Na podstawie wyników przeprowadzonych badań stwierdzono, że katalizatory niklowe osadzone na α-Fe2O3 wykazują przeciętną aktywność w syntezie alkoholu furfurylowego na drodze uwodornienia furfuralu.
File
  • File: 1
    praca-inż-Kociszewski-Tomasz-278418.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 30026

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT4252de55df9b4fcbbb0689f483044f1d/
URN
urn:pw-repo:WUT4252de55df9b4fcbbb0689f483044f1d

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page