1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Кинетика и катализ
  4. T. 64, № 5, 2023

Кинетика и катализ, 2023, T. 64, № 5, стр. 620-630

Дегидрирование изобутана на наночастицах СrOx/Al2O3, полученных лазерным синтезом в различных газах

М. Г. Баронский a, *, Н. А. Зайцева a, А. И. Костюков a, А. В. Жужгов a, В. Н. Снытников a, **

a ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
630090 Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 5, Россия

* E-mail: baronskiymg@mail.ru
** E-mail: snyt@catalysis.ru

Поступила в редакцию 30.10.2022
После доработки 07.03.2023
Принята к публикации 18.04.2023

Аннотация

Впервые детально исследованы каталитические свойства испытанных в реакции дегидрирования изобутана наночастиц nCrOx/Al2O3 (n = 4.8 ± 0.05 мас. %), полученных лазерным синтезом в различных газах. Лазерный синтез нанопорошков 4.8% CrOx/Al2O3 осуществлен путем испарения керамических мишеней 5.0% Cr : α-Al2O3 излучением непрерывного CO2-лазера в условиях инертной, окислительной и восстановительной газовых сред в испарительно-конденсационной камере: в среде Ar и в Ar с добавлением O2, H2 и CH4 в концентрациях 20, 30 и 13 об. % соответственно. Определенo влияние газовой среды при синтезе нанопорошков 4.8% CrOx/Al2O3 на их каталитические свойства (активность, селективность, конверсию и стабильность в реакции). Методами РФА, ПЭМВР, ЭСДО, КРС проведено комплексное исследование физико-химических свойств приготовленных наноразмерных катализаторов. По данным РФА они преимущественно состоят из γ-Al2O3 с началом перехода в δ-Al2O3. По результатам ПЭМВР форма наночастиц сферически-симметричная со средним размером частиц dm = 15 нм. Методом ЭСДО в наноразмерных порошках 4.8% CrOx/Al2O3 выявлены зарядовые состояния Crq+ (q = 3, 6) в различной координации (Cr6+(Td) и Cr3+(Oh)) и разном соотношении в зависимости от используемой газовой атмосферы в процессе лазерного испарения. Наноразмерный катализатор 4.8% CrOx/Al2O3, полученный в атмосфере (Ar + H2), демонстрирует наибольшие значения конверсии изобутана (39%) и селективности образования изобутилена (90.7%); наименьшие величины конверсии (18.8%) и селективности (85.6%) характерны для образца, приготовленного в атмосфере (Ar + CH4). Таким образом, наиболее активным и селективным в реакции дегидрирования изобутана является наноразмерный катализатор 4.8% CrOx/Al2O3, синтезированный в среде (Ar + H2), а присутствие метана при испарении приводит к изначальной зауглероженности поверхности.

Ключевые слова: CrOx/Al2O3, наночастицы, нанокластеры Cr2O3, дегидрирование, изобутан, изобутилен, активные центры, лазерное испарение, газовая фаза, водород, CO2-лазер

Список литературы

  1. Sattler J.J.H.B., Ruiz-Martinez J., Santillan-Jimenez E., Weckhuysen B.M. // Chem. Rev. 2014. V. 114. № 20. P. 10613.

  2. Fridman V.Z. // Appl. Catal. A: Gen. 2010. V. 382. № 2. P. 139.

  3. Немыкина Е.И., Пахомов Н.А., Данилевич В.В., Pогов В.А., Зайковский В.И., Ларина Т.В., Молчанов В.В. // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. № 6. С. 929.

  4. Пахомов Н.А. // Промышленный катализ в лекциях. 2006. № 6. С. 53.

  5. Sanfilippo D., Miracca I. // Catal. Today. 2006. V. 111. I. 1–2. P. 13.

  6. Пахомов Н.А., Парахин О.А., Немыкина Е.И., Данилевич В.В., Чернов М.П., Печериченко В.А. // Катализ в промышленности. № 3. 2012. С. 65.

  7. Байрамгулова Р.И., Трапезникова Е.Ф. // Сетевое издание “Нефтегазовое дело”. 2019. № 4. С. 173.

  8. Болдырева Н.Н., Чесноков В.В., Довлитова Л.С., Чичкань А.С. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 3. С. 436.

  9. Bellussi G., Bohnet M., Bus J., Drauz K., Greim H., Klaus-Peter J., Karst U., Kleemann A., Kreysa G., Laird T., Meier W., Ottow E., Röper M., Scholtz J., Sundmacher K., Ulber R., Wietelmann U. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2011.

  10. Sangalov Yu.A., Minsker K.S., Zaikov G.E. Polymers Derived from Isobutylene. Synthesis, Properties, Application (New Concepts in Polymer Science). CRC Press, 2001, 386 p.

  11. Fridman V.Z., Xing R. // Appl. Catal. A: Gen. 2017. V. 530. P. 154.

  12. Петров И.Я., Трясунов Б.Г. // Вестник КузГТУ. 2008. № 6. С. 50.

  13. Петров И.Я., Трясунов Б.Г. // Вестник КузГТУ. 2009. № 3. С. 49.

  14. Airaksinen S.M.K., Krause A.O.I., Sainio J., Lahtinen J., Chao K., Guerrero-Perez M.O., Banares M.A. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2003. V. 5. P. 4371.

  15. Nazimov D.A., Klimov O.V., Trukhan S.N., Cherepanova S.V., Prosvirin I.P., Noskov A.S. // Energy Technol. 2019. V. 7. P. 1800735.

  16. Baronskiy M.G., Kostyukov A.I., Larina T.V., Snytnikov V.N. // Mat. Chem. Phys. 2019. V. 234. P. 403.

  17. Kostyukov A.I., Baronskiy M.G., Larina T.V., Snytnikov Vl.N., Zaitseva N.A., Pochtar A.A., Ishchenko A.V., Cherepanova S.V., Snytnikov V.N. // Mater. Charact. 2020. V. 169. P. 110664.

  18. Baronskiy M.G., Kostyukov A.I., Snytnikov V.N. // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 2067. P. 012007.

  19. Kostyukov A.I., Zaitseva N.A., Baronskiy M.G., Nashivochnikov A.A., Snytnikov V.N. // J. Nanopart. Res. 2022. V. 24. P. 144.

  20. Kurland H.-D., Grabow J., Muller F.A. // J. Eur. Ceram. Soc. 2011. V. 31. P. 2559.

  21. Müller L., Hornig P., Grabow J., Müller F.A. // Nanoscale Adv. 2022. V. 4. P. 182.

  22. Kostyukov A.I., Snytnikov Vl.N., Yelisseyev A.P., Zhuzhgov A.V., Kostyukova N.Y., Ishchenko A.V., Cherepanova S.V., Snytnikov V.N. // Adv. Powder Technol. 2021. V. 32. P. 2733.

  23. Kostyukov A.I., Nashivochnikov A.A., Snytnikov Vl.N., Rakhmanova M.I., Snytnikov V.N. // Quantum Electron. 2022. V. 52. P. 149.

  24. Kostyukov A.I., Snytnikov V.N., Snytnikov Vl.N., Ishchenko A.V., Rakhmanova M.I., Krylov A.S., Aleksandrovsky A.S. // Opt. Mater. 2020. V. 104. P. 109843.

  25. Тюряев И.Я. Физико-химические и технологические основы получения дивинила из бутана. Москва, Ленинград: Химия, 1980. 182 с.

  26. Hakuli A., Kytökivi A., Krause A.O.I., Suntolay T. // J. Catal. 1996. V. 161. P. 393.

  27. De Rossi S., Ferraris G., Fremiotti S., Indovina V., Cimino A. // Appl. Catal. 1993. V. 106. P. 125.

  28. Airaksinen S.M.K., Krause A.O.I. // Ind. Eng. Chem. Res. 2005. V. 44. P. 3862.

  29. Airaksinen S.M.K., Krause A.O.I., Sainio J., Lahtinen J., Chao K., Guerrero-Pérezd M.O., Banãres M.A. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2003. V. 5. P. 4371.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Кинетика и катализ

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал