RESEARCH ARTICLE

Hydro-pyrolysis of lignocellulosic biomass over alumina supported Platinum, Mo2C and WC catalysts

  • Songbo He ,
  • Jeffrey Boom ,
  • Rolf van der Gaast ,
  • K. Seshan
Expand
  • Catalytic Processes and Materials, Faculty of Science & Technology, University of Twente, 7500 AE Enschede, The Netherlands

Received date: 22 Nov 2016

Accepted date: 30 Mar 2017

Published date: 26 Feb 2018

Copyright

2017 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg

Abstract

In-line hydro-treatment of bio-oil vapor from fast pyrolysis of lignocellulosic biomass (hydro-pyrolysis of biomass) is studied as a method of upgrading the liquefied bio-oil for a possible precursor to green fuels. The nobel metal (Pt) and non-noble metal catalysts (Mo2C and WC) were compared at 500 °C and atmospheric pressure which are same as the reaction conditions for fast pyrolysis of biomass. Results indicated that under the pyrolysis conditions, the major components, such as acids and carbonyls, of the fast pyrolysis bio-oil can be completely and partially hydrogenated to form hydrocarbons, an ideal fossil fuel blend, in the hydro-treated bio-oil. The carbide catalysts perform equally well as the Pt catalyst regarding to the aliphatic and aromatic hydrocarbon formation (ca. 60%), showing the feasibility of using the cheap non-noble catalysts for hydro-pyrolysis of biomass.

Cite this article

Songbo He , Jeffrey Boom , Rolf van der Gaast , K. Seshan . Hydro-pyrolysis of lignocellulosic biomass over alumina supported Platinum, Mo2C and WC catalysts[J]. Frontiers of Chemical Science and Engineering, 2018 , 12(1) : 155 -161 . DOI: 10.1007/s11705-017-1655-x

Acknowledgements

The authors thank Miss Marta A. Machado from Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brazil for guiding the carbide catalyst preparation.
1
Venderbosch R H. A critical view on catalytic pyrolysis of biomass. ChemSusChem, 2015, 8(8): 1306–1316

DOI

2
Nguyen T S, Zabeti M, Lefferts L, Brem G, Seshan K. Conversion of lignocellulosic biomass to green fuel oil over sodium based catalysts. Bioresource Technology, 2013, 142: 353–360

DOI

3
Zabeti M. Renewable Fuels via Catalytic Pyrolysis of Lignocellulose. Enschede: University of Twente Press, 2014, 18–29

4
Liu C, Wang H, Karim A, Sun J, Wang Y. Catalytic fast pyrolysis of lignocellulosic biomass. Chemical Society Reviews, 2014, 43(22): 7594–7623

DOI

5
Linck M, Felix L, Marker T, Roberts M. Integrated biomass hydropyrolysis and hydrotreating: A brief review. WIREs Energy and Environment, 2014, 3(6): 575–581

DOI

6
Ruddy D A, Schaidle J A, Ferrell J R III, Wang J, Moens L, Hensley J E. Recent advances in heterogeneous catalysts for bio-oil upgrading via “ex situ catalytic fast pyrolysis”: Catalyst development through the study of model compounds. Green Chemistry, 2014, 16(2): 454–490

DOI

7
Zacher A H, Olarte M V, Santosa D M, Elliott D C, Jones S B. A review and perspective of recent bio-oil hydrotreating research. Green Chemistry, 2014, 16(2): 491–515

DOI

8
Oyama S T. Novel catalysts for advanced hydroprocessing: Transition metal phosphides. Journal of Catalysis, 2003, 216(1-2): 343–352

DOI

9
Levy R B, Boudart M. Platinum-like behavior of tungsten carbide in surface catalysis. Science, 1973, 181(4099): 547–549

DOI

10
Oyama S T. Preparation and catalytic properties of transition metal carbides and nitrides. Catalysis Today, 1992, 15(2): 179–200

DOI

11
Ramanathan S, Oyama S T. New catalysts for hydroprocessing: Transition metal carbides and nitrides. Journal of Physical Chemistry, 1995, 99(44): 16365–16372

DOI

12
Szymańska-Kolasa A, Lewandowski M, Sayag C, Djéga-Mariadassou G. Comparison of molybdenum carbide and tungsten carbide for the hydrodesulfurization of dibenzothiophene. Catalysis Today, 2007, 119(1-4): 7–12

DOI

13
Szymańska-Kolasa A, Lewandowski M, Sayag C, Brodzki D, Djéga-Mariadassou G. Comparison between tungsten carbide and molybdenum carbide for the hydrodenitrogenation of carbazole. Catalysis Today, 2007, 207(119): 35–38

14
Ren H, Chen Y, Huang Y, Deng W, Vlachos D G, Chen J G. Tungsten carbides as selective deoxygenation catalysts: Experimental and computational studies of converting C3 oxygenates to propene. Green Chemistry, 2014, 16(2): 761–769

DOI

15
Stellwagen D R, Bitter J H. Structure-performance relations of molybdenum- and tungsten carbide catalysts for deoxygenation. Green Chemistry, 2015, 17(1): 582–593

DOI

16
Hollak S A W, Gosselink R W, Van Es D S, Bitter J H. Comparison of tungsten and molybdenum carbide catalysts for the hydrodeoxygenation of oleic acid. ACS Catalysis, 2013, 3(12): 2837–2844

DOI

17
Michalsky R, Zhang Y J, Medford A J, Peterson A A. Departures from the adsorption energy scaling relations for metal carbide catalysts. Journal of Physical Chemistry C, 2014, 118(24): 13026–13034

DOI

18
Xiong K, Lee W S, Bhan A, Chen J G. Molybdenum carbide as a highly selective deoxygenation catalyst for converting furfural to 2-methylfuran. ChemSusChem, 2014, 7(8): 2146–2149

DOI

19
Xiong K, Yu W, Chen J G. Selective deoxygenation of aldehydes and alcohols on molybdenum carbide (Mo2C) surfaces. Applied Surface Science, 2014, 323: 88–95

DOI

20
McManus J R, Vohs J M. Deoxygenation of glycolaldehyde and furfural on Mo2C/Mo(100). Surface Science, 2014, 630: 16–21

DOI

21
Mamède A S, Giraudon J M, Löfberg A, Leclercq L, Leclercq G. Hydrogenation of toluene over β-Mo2C in the presence of thiophene. Applied Catalysis A, General, 2002, 227(1-2): 73–82

DOI

22
Nagai M, Kurakami T, Omi S. Activity of carbided molybdena-alumina for CO2 hydrogenation. Catalysis Today, 1998, 45(1-4): 235–239

DOI

23
Boullosa-Eiras S, Lødeng R, Bergem H, Stöcker M, Hannevold L, Blekkan E A. Catalytic hydrodeoxygenation (HDO) of phenol over supported molybdenum carbide, nitride, phosphide and oxide catalysts. Catalysis Today, 2014, 223: 44–53

DOI

24
He L, Qin Y, Lou H, Chen P. High dispersed molybdenum carbide nanoparticles supported on activated carbon as an efficient catalyst for the hydrodeoxygenation of vanillin. RSC Advances, 2015, 5(54): 43141–43147

DOI

25
Grilc M, Veryasov G, Likozar B, Jesih A, Levec J. Hydrodeoxygenation of solvolysed lignocellulosic biomass by unsupported MoS2, MoO2, Mo2C and WS2 catalysts. Applied Catalysis B: Environmental, 2015, 63: 467–477

DOI

26
Imran A, Bramer E A, Seshan K, Brem G. High quality bio-oil from catalytic flash pyrolysis of lignocellulosic biomass over alumina-supported sodium carbonate. Fuel Processing Technology, 2014, 127: 72–79

DOI

27
Tyrone G I, Sepúlveda C, Garcia R, García Fierro J L, Escalona N, DeSisto W J. Comparison of alumina- and SBA-15-supported molybdenum nitride catalysts for hydrodeoxygenation of guaiacol. Applied Catalysis A, General, 2012, 435-436: 51–60

DOI

28
Arun N, Sharma R V, Dalai A K. Green diesel synthesis by hydrodeoxygenation of bio-based feedstocks: Strategies for catalyst design and development. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2015, 48: 240–255

DOI

29
Zhou L, Lawal A. Hydrodeoxygenation of microalgae oil to green diesel over Pt, Rh and presulfided NiMo catalysts. Catalysis Science & Technology, 2016, 6(5): 1442–1454

DOI

30
Zhou L, Lawal A. Evaluation of presulfided NiMo/gamma-Al2O3 for hydrodeoxygenation of microalgae oil to produce green diesel. Energy & Fuels, 2015, 29(1): 262–272

DOI

Outlines

/