Кинетика и катализ, 2021, T. 62, № 5, стр. 581-590

Повышение стабильности Ni/TiO2-катализаторов в реакции конденсации этанола Гербе: влияние второго металлического компонента

Shuaiqi Li a, Xiaoxu Han a, Hualiang An a*, Xinqiang Zhao a**, Yanji Wang a

a Hebei Provincial Key Lab of Green Chemical Technology and High Efficient Energy Saving, National-Local Joint Engineering Laboratory for Energy Conservation in Chemical Process Integration and Resources Utilization, School of Chemical Engineering and Technology, Hebei University of Technology
300000 Tianjin, China

* E-mail: anhl@hebut.edu.cn
** E-mail: zhaoxq@hebut.edu.cn

Поступила в редакцию 20.02.2021
После доработки 10.04.2021
Принята к публикации 19.04.2021

Аннотация

Конденсация этанола Гербе – это зеленый процесс получения н-бутанола. Разработка высокоэффективных твердых катализаторов для него по-прежнему является узким местом в реализации реакции. В настоящей работе методом совместной пропитки приготовлена серия многофункциональных катализаторов Ni–X/TiO2 (X = Ru, Pt, Ir, Au, Cu, Mn, Co, Fe) с целью улучшения их каталитических характеристик, в особенности стабильности. Обнаружено, что введение второго металлического компонента изменяет кислотность и оснóвность катализатора Ni/TiO2. Количество кислотных центров влияет на конверсию этанола, в то время как количество основных центров – на селективность по н-бутанолу. Среди катализаторов Ni–X/TiO2 наилучшими каталитическими характеристиками обладает Ni–Cu/TiO2. Исследована зависимость каталитических характеристик Ni–Cu/TiO2 от условий его приготовления. Найдены следующие оптимальные условия: массовое соотношение Ni/Cu = 59 : 1, загрузка Ni–Cu – 12.5 мас. %, температура прокаливания – 450°C, время прокаливания – 2 ч, температура восстановления – 400°C и время восстановления – 4 ч. В условиях реакции при загрузке 10 мас. % катализатора, температуре реакции 210°C и времени реакции 10 ч конверсия этанола и селективность по н-бутанолу составляли 47.9 и 44.4% соответственно. Катализатор Ni–Cu/TiO2 значительно стабильнее Ni/TiO2 за счет взаимодействия Ni с Cu. Каталитическая активность Ni–Cu/TiO2 существенно не снижалась после проведения трех каталитических циклов.

Ключевые слова: этанол, н-бутанол, реакция Гербе, катализатор Ni–Cu/TiO2, стабильность

DOI: 10.31857/S0453881121050026

Список литературы

  1. Chatterjee A., Hu X., Lam L.Y. // Catal. Today. 2018. V. 314. P. 137.

  2. Benito P., Vaccari A., Antonetti C., Licursi D., Schiarioli N., Rodriguez-Castellon E., Galletti A., Maria R. // J. Clean. Prod. 2019. V. 209. P. 1614.

  3. Jiang D., Wu X., Mao J., Ni J., Li X. // Chem. Commun. 2016. V. 52. P. 13749.

  4. Manojveer S., Salahi S., Wendt O.F., Johnson M.T. // J. Org. Chem. 2018. V. 83. P. 10864.

  5. Quesadaa J., Arreola-Sáncheza R., Faba L., Diaz E., Renteria-Tapia V.M., Ordonez S. // Appl. Catal. A: Gen. 2018. V. 551. P. 23.

  6. Wu X., Fang G., Liang Z., Leng W., Xu K., Jiang D., Ni J., Li X. // Catal. Commun. 2017. V. 100. P. 15.

  7. Chistyakov A.V., Zharova P.A., Nikolaev S.A., Tsodikov M.V. // Catal. Today. 2017. V. 279. P. 124.

  8. Zaccheria F., Scotti N., Ravasio N. // ChemCatChem. 2018. V. 10. P. 1526.

  9. Li S.Q., Zhu X.H., An H.L., Zhao X.Q., Wang Y.J. // Chem. Select. 2020. V. 5. P. 8669.

  10. Zhao L.L., Wang Y., An H.L., Zhao X.Q. // Ind. Eng. Chem. Res. 2016. V. 55. P. 12326.

  11. Zhao L.L., An H.L., Zhao X.Q., Wang Y.J. // ACS. Catal. 2017. V. 7. P. 4451.

  12. Petrolini D.D., Eagan N., Ball M.R., Burt S.P., Hermans I., Huber G.W., Dumesic J.A., Martins L. // Catal. Sci. Technol. 2019. V. 9. P. 2032.

  13. Legrand J., Gota S., Guittet M.J., Petit C. // Langmuir. 2002. V. 18. P. 4131.

  14. Velu S., Suzuki K., Vijayaraj M., Barman S., Gopinath C.S. // Appl. Catal. B: Environ. 2005. V. 55. P. 287.

  15. Ghodselahi T., Vesaghi M.A., Shafiekhani A., Baghizadeh A., Lameii M. // Appl. Surf. Sci. 2008. V. 255. P. 2730.

  16. Lazaro M.J., Echegoyen Y., Alegre C., Suelves L., Moliner R., Palacios J.M. // Int. J. Hydrogen. Energ. 2008. V. 33. P. 3320.

  17. Roselin L.S., Chiu H.W. // J. Saudi Chem. Soc. 2018. V. 22. P. 692.

  18. Shen Y., Lua A.C. // RSC. Adv. 2014. V. 4. P. 42159.

Дополнительные материалы

скачать ESM.doc
Рис. DI-1. Профили NH3-ТПД и CO2-ТПД катализаторов Ni–Х/TiO2.
 
Рис. SI-2. Рентгенограммы образцов Ni–Cu/TiO2 с различным массовым отношением Ni/Cu.
 
Рис. SI-3. РФЭС-спектры Ni2p и Cu2p катализаторов Ni–Cu/TiO2 с различным массовым отношением Ni/Cu.
 
Таблица SI-1. Текстурные свойства катализаторов Ni–Cu/TiO2 с различным содержанием металлов.
 
Рис. SI-4. Рентгенограммы образцов Ni–Cu/TiO2 с различной температурой прокаливания.
 
Таблица SI-2. Текстурные свойства катализаторов Ni–Cu/TiO2 с разным временем прокаливания.
 
Таблица SI-3. Текстурные свойства катализаторов Ni–Cu/TiO2 с разным временем восстановления.
 
Таблица SI-4. Катализируемая Ni–Cu/TiO2 этанольная реакция Гербе.
 
Таблица SI-5. Анализ методом ИСП содержания Ni и Cu в Ni–Cu/TiO22 до и после реакции.