مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مروری جامع بر پایه‌های کاتالیستی در احتراق متان

نوع مقاله : مروری سیستماتیک

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
2 استادیار، پژوهشکده مهندسی مکانیک، سازمان پژوهش‌هاى علمى و صنعتى ایران، تهران
3 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
10.48311/mme.2026.118432.82916
چکیده
با افزایش تقاضا برای سوخت‌های جایگزین کم‌کربن، گاز طبیعی (عمدتاً متان) به‌عنوان گزینه‌ای پاک و قابل اتکا مطرح شده است. احتراق کاتالیستی متان، به‌دلیل انجام واکنش در دماهای پایین‌تر و کاهش چشمگیر آلاینده‌هایی نظیر NOx و CO، جایگزین کارآمدی برای احتراق حرارتی معمولی به‌شمار می‌رود. این مقاله مروری هدفمند بر پایه‌های کاتالیستی ناهمگن مورد استفاده در این فرآیند ارائه می‌دهد. ابتدا پایه‌های رایج شامل مواد کربنی و سرامیکی به‌طور سیستماتیک بررسی شدند. تمرکز اصلی بر گاما آلومینا به‌عنوان پرکاربردترین پایه صنعتی قرار گرفت که علی‌رغم سطح ویژه بالا و پایداری مناسب، در دماهای بالا دچار تف‌جوشی، کاهش سطح ویژه و انتقال فاز γ به α می‌شود و عملکرد کاتالیست را به‌شدت کاهش می‌دهد. عوامل غیرفعال‌سازی کاتالیست‌ها و مکانیزم‌های آن‌ها تحلیل شد و دوپینگ ناخالصی به‌عنوان مؤثرترین راهکار برای افزایش پایداری حرارتی، حفظ تخلخل و به تأخیر انداختن انتقال فاز معرفی گردید. مطالعات متعدد نشان می‌دهند که دوپینگ هدفمند ناخالصی‌ها نه‌تنها پایداری حرارتی گاما آلومینا را تا بیش از ۱۲۰۰ درجه سلسیوس افزایش می‌دهد، بلکه با حفظ سطح ویژه و ساختار متخلخل، امکان طراحی کاتالیست‌های صنعتی با عملکرد پایدارتر و طول عمر طولانی‌تر در فرآیند احتراق کامل متان را فراهم می‌سازد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

A Comprehensive Review of Catalytic Supports in Methane Combustion

نویسندگان English

Reza Keshavarzi 1
Mohammadmehdi Namazi 2
Sayyedmostafa Hosseinalipour 3
1 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology (IUST), Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST), Tehran, Iran
3 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology (IUST), Tehran, Iran
چکیده English

With the growing demand for low-carbon alternative fuels, natural gas (primarily methane) has emerged as a clean and reliable option. Catalytic combustion of methane, due to its occurrence at lower temperatures and significant reduction in pollutants such as NOx and CO, serves as an efficient alternative to conventional thermal combustion. This article provides a targeted review of heterogeneous catalytic supports used in this process. Initially, common supports, including carbon-based and ceramic-based materials, were systematically examined. The primary focus was on gamma-alumina as the most widely used industrial support, which, despite its high specific surface area and suitable stability, undergoes sintering, loss of surface area, and phase transition from γ to α at elevated temperatures, severely impairing catalyst performance. Deactivation factors and their mechanisms were analyzed, with impurity doping identified as the most effective strategy for enhancing thermal stability, preserving porosity, and delaying phase transition. Numerous studies demonstrate that targeted impurity doping not only increases the thermal stability of gamma-alumina beyond 1200 °C but also, by maintaining specific surface area and porous structure, enables the design of industrial catalysts with more stable performance and extended lifespan in the complete catalytic combustion of methane.

کلیدواژه‌ها English

Catalyst
Catalyst Support
Catalyst Deactivation
Alumina
Methane Combustion

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 22 بهمن 1404