Oxidation of Methanol to Formaldehyde (MTF) over Silver Catalyst

Abstract

Arbeidet som er utført i denne master oppgaven hadde som mål å bidra til forståelsen av metanol til formaldehyd reaksjonen, og sølv interaksjonene i disse forholdene. Sølvpartikler, nett og annulær ble behandlet i ulike forhold, og karakterisert i XRD, EBSD og SEM. Det annulære sølvet ble også brukt somkatalysator i metanol oksidasjons eksperiment, med et mål om å undersøke for eksternemasseoverføringsbegrensninger. Sølvpartiklene og nettet ble kalsinert i luft ved 650 °C, som resulterte i dannelse av en glatt overflate med fasetter. På partiklene ble også hulldannelse observert, og antall hull ble observert til å øke med økende eksponeringstid. Disse hullene ble ikke observert på overflaten til nettet. Denne omfattende restruktureringen ble ikke observert på partikler som ble kalsinert i hydrogen, nitrogen eller metanol og vann, som foreslår at atomisk oksygen er nødvendig for ¨å aktivere sølvoverflaten for omfattende restrukturering. Krystalitt størrelsene ble estimert gjennom XRD, og viste at det nesten ikke er noen endringer for partiklene når de er eksponert i disse forholdene. TEM viste også at partiklene er enkrystaller. Krystalitt størrelsen til nettet ble derimot endret ved eksponering i luft. Dette indikerer at bulken til nettet blir lettere påvirket av forholdene. Den omfattende restruktureringen,med hulldannelse, ble også observert på sølv brukt iMTF reaksjonen. Forkjellen i krystalittstørrelse for annulærsølvet var også liten, som indikerer høy mekanisk stabilitet. To metanol oksidasjons eksperiment, over annulærsølvet, ble utført i helium og sammenlignet med et identisk eksperiment i nitrogen. Omsetningene avviket for alle tre eksperimentene, som kan indikere at det er eksterne masseoverføringsbegrensninger i systemet. På bgrunn av de ulike resultatene fra de to helium forsøkene, burde det derimot utføres enda et eksperiment i helium for å fastslå dette. Ekstensive restrukturering ble også observert på disse prøvene, og restrukturering ble videre observert til å øke med økende temperatur. Et forsøk på å utvikle en metode for prøvepreparering av sølv til EBSD ble utført på partiklene og annulærsølvet. På grunn av corona situasjonen ble metoden ble derimot ikke optimalisert.

The work performed in this thesis had a goal to contribute to the understanding of the methanol to formaldehyde reaction, and the silver interactions in these conditions. Silver particles, net and annular were treated in different conditions, and characterized in XRD, EBSD and SEM. The annular silverwere also used as a catalyst inmethanol oxidation experiments, with a goal of investigating external mass transfer limitations. Silver particles and net were calcined in air at 650 °C, which resulted in surface restructuring by formation of a smoothened surface with facets. On the particles, pinholes were also formed and they were observed to increase with increasing time on stream. These pinholes were not observed on the silver net. The extensive restructuring were not seen on particles calcined in hydrogen, nitrogen or methanol and water, and suggest that atomic oxygen is required for activating the silver surface for extensive restructuring. The crystallite sizes were measured through XRD, and showed that there is almost no change when the particles are exposed to these conditions, and TEM showed that the unused particles are single crystals. For the net, the crystallite size does however increase when calcined in air. This indicates structural differences where the silver bulk of the net is easier affected by the conditions. The extensive restructuring, with pinhole formation, were also seen on silver used in theMTF reaction. The difference in size for annular silver were also small, indicating high mechanical stability. Two methanol oxidation experiments diluted in helium were furhter performed over annular silver, and compared to an identical experiment in nitrogen. The conversions for all three experiments deviated from each other, which could indicate that there are external mass transfer limitation in the system. Because of the different results of the two helium experiment, another reaction should be performed to determine this. Highly corrugated surfaces with protrusions were observed, where the amount increased with increasing temperature. An attempt to develope a pretreatment approach of silver for EBSD was also conducted on unused particles and annular silver. TDue to the corona situation, the approach was not optimized.