Renewable butene production through dehydration reactions over nano-HZSM-5/γ-Al2O3 hybrid catalysts

The development of new, improved zeolitic materials is of prime importance to progress heterogeneous catalysis and adsorption technologies. The zeolite HZSM-5 and metal oxide γ-Al2O3 are key materials for processing bio-alcohols, but both have some limitations, i.e., HZSM-5 has a high activity but low catalytic stability, and vice versa for γ-Al2O3. To combine their advantages and suppress their disadvantages, this study reports the synthesis, characterization, and catalytic results of a hybrid nano-HZSM-5/γ-Al2O3 catalyst for the dehydration of n-butanol to butenes. The hybrid catalyst is prepared by the in-situ hydrothermal synthesis of nano-HZSM-5 onto γ-Al2O3. This catalyst combines mesoporosity, related to the γ-Al2O3 support, and microporosity due to the nano-HZSM-5 crystals dispersed on the γ-Al2O3. HZSM-5 and γ-Al2O3 being in one hybrid catalyst leads to a different acid strength distribution and outperforms both single materials as it shows increased activity (compared to γ-Al2O3) and a high selectivity to olefins, even at low conversion and a higher stability (compared to HZSM-5). The hybrid catalyst also outperforms a physical mixture of nano-HZSM-5 and γ-Al2O3, indicating a truly synergistic effect in the hybrid catalyst

Unraveling effects of zeolite properties and feed complexity on the conversion of bio-alcohols towards olefins

Om naar een meer duurzame chemische industrie te evolueren, is het belangrijk dat er biogebaseerde grondstoffen worden geïmplementeerd om chemische bouwstenen te produceren. In die context is de dehydratatie van bio-alcoholen over zeolietkatalysatoren naar olefines een zeer relevante route. Om deze omzetting industrieel relevant te maken, zijn fundamentele en toegepaste inzichten noodzakelijk. Daarom zijn in dit doctoraat effecten van voedingscomplexiteit en van zeolieteigenschappen; zowel theoretisch als experimenteel onderzocht. Belangrijke verwezenlijkingen zijn een DFT-gebaseerd microkinetisch model die de dehydratatie van zuiver butanol, zuiver ethanol en mengsels van beiden over ZSM-5 kan beschrijven. Dit model is verder uitgebreid om het gedrag van andere zeolieten en gemodificeerde zeolieten te beschrijven. Een gemodificeerde ZSM-5 katalysator, gesynthetiseerd in samenwerking met het LCS in Caen is zowel actiever als stabieler dan de huidige state-of-the-art. Op basis van de verkregen inzichten en resultaten kan er nu ingezet worden op verdere procesoptimalisatie en intensivatie