journal article·2024-12-11

Metal–Organic Framework-Templated Synthesis of Nickel–Alumina Nanocatalysts Improves Catalyst–Support Interaction for Higher Activity and Stability in Biogas Reforming under Controlled Oxidizing Conditions

Arisha Sharma, Prakash Biswas, Meenesh R. Singh

ACS Applied Materials & Interfaces· Volume 16· Issue 49
Publisher page

Abstract

Tri-reforming methane with CO 2, O 2, and H 2 O mixtures requires a delicate balance of dry-reforming, partial oxidation, and steam-reforming reactions to improve the CO 2 conversion and H 2 /CO ratio. Nickel–alumina has been reported before for the tri-reforming of methane, although at higher temperatures (>900 °C). This is because the current approaches for nickel–alumina synthesis are ineffective in generating stronger catalyst–support interactions necessary to maintain higher active sites and stall carbon nanotube (CNT) deposition. Here, we report a synthesis method that allows controlled loading of nickel on alumina-based MIL-53 metal–organic framework followed by calcination to generate 2.5–10 wt % nickel nanoparticles dispersed on alumina. The 5 wt % nickel–alumina mixtures resulted in nanometer-sized crystallites, better metal dispersion, and more active sites for enhanced catalytic activity. This optimal loading of nickel allows stronger interaction with alumina for over 100 h of stable performance of tri-reforming at 800 °C, achieving ∼98% CH 4 conversion, ∼36% CO 2 conversion, and no carbon deposition while producing Fischer–Tropsch-ready feed containing a H 2 /CO ratio of 3.2.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Catalytic Processes in Materials Science · Catalysts for Methane Reforming · Catalysis and Hydrodesulfurization Studies

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology Roorkee, Roorkee, Uttarakhand 247667, India

Department of Chemical Engineering, University of Illinois Chicago, Chicago, Illinois 60607, United States

Funding

Science and Engineering Research Board · Department of Science and Technology, Ministry of Science and Technology, India · Ministry of Education, India

References (66)

Show source-provided references
1. 10.3390/en1513474110.3390/en15134741 ↗
2. 10.1016/j.cej.2013.08.09310.1016/j.cej.2013.08.093 ↗
3. 10.1016/j.apcatb.2013.10.04310.1016/j.apcatb.2013.10.043 ↗
4. 10.1016/j.ijhydene.2024.02.14310.1016/j.ijhydene.2024.02.143 ↗
5. 10.3390/catal801001210.3390/catal8010012 ↗
6. 10.1016/S1003-9953(09)60096-710.1016/S1003-9953(09)60096-7 ↗
7. 10.1016/j.fuproc.2012.04.02010.1016/j.fuproc.2012.04.020 ↗
8. 10.1016/j.fuproc.2014.06.01410.1016/j.fuproc.2014.06.014 ↗
9. 10.1016/j.cattod.2004.09.05410.1016/j.cattod.2004.09.054 ↗
10. 10.1016/j.apcatb.2019.11803710.1016/j.apcatb.2019.118037 ↗
11. 10.1016/j.ijhydene.2022.11.04910.1016/j.ijhydene.2022.11.049 ↗
12. 10.1016/j.jcou.2020.10131710.1016/j.jcou.2020.101317 ↗
13. 10.1016/j.jece.2021.10594910.1016/j.jece.2021.105949 ↗
14. 10.1016/j.fuproc.2018.12.01810.1016/j.fuproc.2018.12.018 ↗
15. 10.1016/j.apenergy.2016.06.04310.1016/j.apenergy.2016.06.043 ↗
16. 10.1016/j.fuproc.2020.10655910.1016/j.fuproc.2020.106559 ↗
17. 10.1016/j.ijhydene.2019.02.12210.1016/j.ijhydene.2019.02.122 ↗
18. 10.1016/j.jcou.2021.10185310.1016/j.jcou.2021.101853 ↗
19. 10.1016/S1872-5813(07)60012-710.1016/S1872-5813(07)60012-7 ↗
20. 10.1016/j.jcat.2008.08.00310.1016/j.jcat.2008.08.003 ↗
21. 10.1007/s10311-022-01394-010.1007/s10311-022-01394-0 ↗
22. 10.1016/j.catcom.2023.10670310.1016/j.catcom.2023.106703 ↗
23. 10.1016/j.fuproc.2007.05.00710.1016/j.fuproc.2007.05.007 ↗
24. 10.1080/00986445.2018.143416210.1080/00986445.2018.1434162 ↗
25. 10.1002/er.826910.1002/er.8269 ↗
26. 10.1016/j.mencom.2015.11.02310.1016/j.mencom.2015.11.023 ↗
27. 10.1007/s11356-022-23474-y10.1007/s11356-022-23474-y ↗
28. 10.1016/j.jcou.2021.10165110.1016/j.jcou.2021.101651 ↗
29. 10.1021/acs.iecr.7b0366910.1021/acs.iecr.7b03669 ↗
30. 10.1039/C5CY00906E10.1039/C5CY00906E ↗
31. 10.1002/cctc.20190127810.1002/cctc.201901278 ↗
32. 10.1016/j.ijhydene.2022.07.05310.1016/j.ijhydene.2022.07.053 ↗
33. 10.1039/C5CY01323B10.1039/C5CY01323B ↗
34. 10.1039/C5RA02960K10.1039/C5RA02960K ↗
35. 10.1016/j.ijhydene.2006.09.03110.1016/j.ijhydene.2006.09.031 ↗
36. 10.1016/j.ijhydene.2012.09.10710.1016/j.ijhydene.2012.09.107 ↗
37. 10.1016/j.ijhydene.2019.11.11110.1016/j.ijhydene.2019.11.111 ↗
38. 10.1016/j.apcatb.2011.02.02710.1016/j.apcatb.2011.02.027 ↗
39. 10.1016/j.ijhydene.2020.01.00210.1016/j.ijhydene.2020.01.002 ↗
40. 10.1039/b006718k10.1039/b006718k ↗
41. 10.1016/j.apsusc.2020.14601010.1016/j.apsusc.2020.146010 ↗
42. 10.1016/j.jcou.2019.06.01610.1016/j.jcou.2019.06.016 ↗
43. 10.1016/j.apcata.2012.08.01510.1016/j.apcata.2012.08.015 ↗
44. 10.1007/s11164-019-03769-510.1007/s11164-019-03769-5 ↗
45. 10.1016/j.apsusc.2006.01.00310.1016/j.apsusc.2006.01.003 ↗
46. 10.1021/acsami.1c1491810.1021/acsami.1c14918 ↗
47. 10.1016/j.apcata.2005.05.01810.1016/j.apcata.2005.05.018 ↗
48. 10.3390/catal803011010.3390/catal8030110 ↗
49. 10.1016/j.ijhydene.2020.12.06410.1016/j.ijhydene.2020.12.064 ↗
50. 10.1016/j.cattod.2012.07.02210.1016/j.cattod.2012.07.022 ↗
51. 10.1016/j.jngse.2016.06.00410.1016/j.jngse.2016.06.004 ↗
52. 10.1016/j.fuel.2024.13091410.1016/j.fuel.2024.130914 ↗
53. 10.1016/j.jclepro.2018.07.22810.1016/j.jclepro.2018.07.228 ↗
54. 10.1016/j.ijhydene.2006.12.00410.1016/j.ijhydene.2006.12.004 ↗
55. 10.1016/j.ijhydene.2010.12.00710.1016/j.ijhydene.2010.12.007 ↗
56. 10.1016/j.jiec.2013.06.05210.1016/j.jiec.2013.06.052 ↗
57. 10.1016/j.ijhydene.2011.07.01010.1016/j.ijhydene.2011.07.010 ↗
58. 10.3390/en1519715910.3390/en15197159 ↗
59. 10.1021/ef500084m10.1021/ef500084m ↗
60. 10.1002/ceat.20130072910.1002/ceat.201300729 ↗
61. 10.1016/j.jcou.2016.11.00810.1016/j.jcou.2016.11.008 ↗
62. 10.1021/acsami.0c0008610.1021/acsami.0c00086 ↗
63. 10.1039/C6CY00841K10.1039/C6CY00841K ↗
64. 10.1002/cssc.20160137910.1002/cssc.201601379 ↗
65. 10.3390/catal502087110.3390/catal5020871 ↗
66. 10.1021/acs.iecr.3c0364510.1021/acs.iecr.3c03645 ↗