Selective Light Hydrocarbon Production from CO2 Hydrogenation over Na/ZnFe2O4 and CHA-Zeolite Hybrid Catalysts

沸石 催化作用 碳氢化合物 材料科学 无机化学 选择性 化学工程 化学 有机化学 工程类
作者
Eun Cheol,Kwang Hyun Kim,Ju Hyeong Lee,Sejin Jang,Hyo Eun Kim,Jin Ho Lee,Eun Hyup Kim,Haneul Kim,Ja Hun Kwak,Jin Ho Lee
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:: 3492-3503
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c00099
摘要

Carbon dioxide hydrogenation to value-added fuels and chemicals has been studied widely as a means to recycle the most-troublesome greenhouse gas. The reaction produces hundreds of different chemicals, and therefore, selectivity control toward specific desired products is of paramount importance. In this study, a hybrid catalyst system consisting of Na/ZnFe2O4 (ZFO) and a CHA-zeolite (SSZ-13 or SAPO-34) is developed to maximize C2–C4 light hydrocarbon production. Utilizing the compact 3.8 Å pore size of CHA-zeolites, the Na/ZnFe2O4 catalyst-produced long-chain hydrocarbons are efficiently shortened to C2–C4 hydrocarbons with over 55% selectivity in the hybrid systems. Notably, ZFO + SAPO-34 shows a preference for light olefins, while ZFO + SSZ-13 uniquely enhances selectivity for C3 products. The difference is attributed to the much stronger acid sites present in SSZ-13 than in SAPO-34, which promote hydrogenation of olefins and the ethylene-to-propane conversion reaction in particular. Further modification of SSZ-13 with steam treatment leads to the dealumination of its framework and an enhanced activity of the ethylene-to-propane reaction, yielding 32.8% of C3-selectivity. Accordingly, a hybrid catalytic system combining a CO2 Fischer–Tropsch catalyst with a CHA-zeolite is a promising route to produce light hydrocarbons from CO2 hydrogenation more selectively than single catalysts. This work also demonstrates that acidity control could be a powerful tool to manipulate the reaction pathway that occurs on zeolite catalysts.
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