Co2 hydrogenation to lower olefins : study of iron-based catalysts promoted with potassium

The present thesis work is focused on the development of an iron-based catalyst promoted with potassium active in the hydrogenation of carbon dioxide into light olefins. The first part of the work is devoted to the study of an efficient activation treatment of an Fe-based catalyst, prepared through a static calcination procedure, followed by an incipient wet impregnation (IWI) with potassium. With this aim, the effects of the activation mixture, pressure, isotherm duration and temperature were studied. On the basis of the obtained results, the best activation procedure was defined and a dependence of the catalytic performances with the catalyst morphology was observed. Thus, the second part of the present work is devoted to the study of the relation between the catalyst morphology and the catalytic performances in CO2 hydrogenation to light olefins. In order to do that, it was necessary to overcome the huge limit observed in the catalyst preparation method: the non-reproducibility of the samples. To overcome this limit a new calcination method was developed (dynamic calcination), and the effects of the process conditions on the catalyst calcination were studied. The samples prepared through dynamic calcination were tested, and their performances were compared with those of the catalyst prepared with static calcination method. In the end, relations between the catalyst morphology and the catalytic performances were established.

Il presente lavoro di tesi è focalizzato sullo sviluppo di un catalizzatore a base di ferro promosso con potassio attivo nell’idrogenazione del biossido di carbonio a dare olefine leggere. La prima parte del lavoro è stata dedicata allo studio di un trattamento di attivazione efficiente di un catalizzatore a base di Fe, preparato mediante calcinazione statica e successiva impregnazione a bagna mento incipiente (IWI) con potassio. A tale scopo, è stato studiato l’effetto della miscela di attivazione, pressione, durata dell’isoterma e temperatura. Sulla base dei risultati ottenuti è stata definita la procedura di attivazione più performante nei confronti della sintesi. È stata inoltre osservata una dipendenza delle performances catalitiche rispetto alla morfologia del catalizzatore. Quindi, nella seconda parte del lavoro di tesi, è stata studiata la relazione tra la morfologia del catalizzatore e le performances catalitiche nell’idrogenazione della CO2 ad olefine leggere. Per svolgere al meglio questo studio, è stato necessario superare uno dei grandi limiti osservati nel metodo di preparazione: la non riproducibilità dei campioni. A tal fine è stato utilizzato un nuovo metodo di calcinazione (dinamica) e sono stati studiati gli effetti delle condizioni operative della calcinazione sulla morfologia del catalizzatore. I campioni preparati con questo nuovo metodo sono stati testati e le performances catalitiche comparate con i campioni preparati in condizioni statiche. Infine, è stato possibile stabilire delle relazioni tra la morfologia del catalizzatore e le performances catalitiche.