Теоретические основы химической технологии, 2022, T. 56, № 2, стр. 229-235

Низкотемпературное каталитическое разложение N2O

К. О. Денисова a, А. А. Ильин a*, А. П. Ильин a, Ю. Н. Сахарова a

a Ивановский государственный химико-технологический университет
Иваново, Россия

* E-mail: ilyin@isuct.ru

Поступила в редакцию 14.05.2021
После доработки 20.07.2021
Принята к публикации 29.07.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

Методом механохимического синтеза получена серия оксидных катализаторов модифицированных катионами калия 1–5% K2О/CoFe2O4 со структурой шпинели. Полученные образцы исследовали методами рентгенофазового анализа, адсорбции-десорбции азота, термопрограммированного восстановления водородом и термопрограммированной десорбции кислорода. Показано, что увеличение содержания калия приводит к значительному уменьшению степени окристаллизованности оксидов, повышению удельной поверхности и появлению слабосвязанных форм кислорода, что способствует росту каталитической активности образцов в реакции разложения закиси азота при температурах 150–400°С. Наибольшей активностью обладает катализатор 5% K2О/CoFe2O4, характеризующийся наличием максимального количества слабосвязанных форм кислорода. Установлено, что присутствие кислорода или воды в реакционной смеси снижает активность в процессе низкотемпературного каталитического разложения N2O.

Ключевые слова: феррит кобальта, разложение закиси азота, формы кислорода, термопрограммированая десорбция

ВВЕДЕНИЕ

Наиболее эффективным способом обезвреживания нитрозных газов производства азотной кислоты является каталитическое восстановление оксидов азота до молекулярного азота. Процесс восстановления протекает на поверхности катализатора в присутствии газа – восстановителя [1].

В зависимости от характера восстановителя каталитические методы подразделяются на селективные и неселективные по отношению к оксидам азота. В качестве восстановителей могут быть использованы оксид углерода(II), водород [2], природный газ, аммиак, пары керосина, нефтяной и коксовый газ, азотоводородная смесь [3].

При использовании в качестве газа восстановителя – аммиака протекает процесс селективного каталитического восстановления оксидов азота в отходящих газах [4]. Каталитический способ очистки газов от оксидов азота различными восстановителями, кроме аммиака, протекает при условии связывания кислорода, присутствующего в газе. Восстановление оксидов азота аммиаком протекает селективно в присутствии кислорода, причем единственными продуктами реакции являются молекулярный азот и вода. Аммиак реагирует с оксидами азота, восстанавливая их до безвредных веществ и не взаимодействует при этом с кислородом. В связи, с чем аммиак расходуется в количествах, эквивалентных содержанию оксидов азота в обезвреживаемых газах [5, 6]. При этом температура поддерживается в пределах 250–350°С. В процессе восстановления оксидов азота аммиаком протекают реакции:

(1)
$4{\text{N}}{{{\text{H}}}_{3}} + {\text{NO}} = 5{{{\text{N}}}_{2}} + 6{{{\text{H}}}_{2}}{\text{O}},$
(2)
$8{\text{N}}{{{\text{H}}}_{3}} + 6{\text{N}}{{{\text{O}}}_{2}} = 7{{{\text{N}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}} + 12{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}.$

Однако в зависимости от активности катализатора и температуры возможно протекание нежелательных побочных реакций:

(3)
$2{\text{N}}{{{\text{H}}}_{3}} + 8{\text{NO}} = 5{{{\text{N}}}_{{\text{2}}}}{\text{O\;}} + 3{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}},$
(4)
$4{\text{N}}{{{\text{H}}}_{3}} + 4{{{\text{O}}}_{2}} = 2{{{\text{N}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}} + 6{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}.$

К недостаткам этого вида очистки относятся трудность точной дозировки небольших количеств аммиака в газ после абсорбционных колонн и равномерного распределения его в газовом потоке, а также образования в трактах после очистки нитрит-нитратов аммония. Для исключения образования последних температуру газов, выбрасываемых в атмосферу после рекуперационных турбин, поддерживают выше 200°С.

При неселективном методе восстановления газом восстановителем является метан, поэтому он реагирует с кислородом, намного быстрее, чем с оксидами азота [7]. Метан принципиально отличается от других углеводородов. Недостатками использования метана в роли газа восстановителя NOx является то, что требуется создание высоких температур – 700–750°С и использование дорогостоящего алюмопалладиевого катализатора. В настоящие время модернизация действующих производств азотной кислоты предусматривает замену высокотемпературной неселективной на низкотемпературную селективную очистку.

Высокотемпературное каталитическое восстановление NOх имеет существенный недостаток – стремление обеспечить высокую степень очистки приводит к образованию попутных выбросов – монооксида углерода, метана, аммиака, формальдегида. При недостатке кислорода из метана могут образоваться водород и оксид углерода:

(5)
${\text{С}}{{{\text{Н}}}_{4}} + 0.5{{{\text{O}}}_{2}} = {\text{СО}} + 2{{{\text{Н}}}_{2}} + 35.13\,\,{{{\text{кДж}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{\text{кДж}}} {{\text{моль}}}}} \right. \kern-0em} {{\text{моль}}}}.$

Все три восстановителя (СН4, СО и Н2) реагируют на катализаторе с оксидами азота, восстанавливая их до элементарного азота:

(6)
${\text{N}}{{{\text{О}}}_{2}} + {{{\text{Н}}}_{2}} = {\text{NО}} + {{{\text{Н}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}},$
(7)
$2{\text{NО\;}} + 2{{{\text{Н}}}_{{\text{2}}}}{\text{2}} \to {{{\text{N}}}_{2}} + 2{{{\text{Н}}}_{{\text{2}}}}{\text{О}}.$

Водород в качестве восстановителя имеет преимущества перед другими газами в отношении времени реакции из-за лучшего контакта между газом и металлом. Н2 связывает атомы кислорода у оксидов металлов и неметаллов. При этом он “отдает” свои электроны. Действие водорода как бы противоположно действию кислорода: водород является восстановителем.

Известно, что оксиды переходных металлов со структурой шпинели таких, как Со3О4, СоFe2O4 проявляют высокую каталитическую активность в реакции низкотемпературного разложения N2O. Причем на температуру 50%-го и 100%-го разложения N2O существенное влияние оказывает соотношение CoO : Fe2O3 в составе катализатора и состав реакционный газовой смеси. Однако, систематических исследований о взаимодействии водорода, кислорода и закиси азота с поверхности катализатора не выполнено. Кроме того, выполнение данных исследований позволит выявить взаимосвязь прочности связи кислорода с поверхностью катализатора и его каталитической активностью.

Для повышения активности и стабильности катализатора для процесса разложения N2O промотируют разными металлами [2]. Установлено, что калий изменяет как электронные, так и кислотно-основные свойства поверхности, что приводит к увеличению каталитической активности в области низких температур 200–300°С [8]. В представленном исследовании использовали метод термопрограммируемой десорбции (ТПД) для исследования взаимосвязи между каталитическим разложением N2O и десорбционными свойствами O2, поскольку кислород играет важную роль в качестве ингибитора в реакции разложения N2O.

В связи с этим целью работы является изучение влияния модифицирования CoFe2O4 катионами калия на каталитическую активность в реакции разложения N2O при низких температурах. Дополнительно необходимо выявить влияние водяного пара, кислорода и водорода на процесс разложения N2O и их взаимодействию с поверхностью катализатора.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Феррит кобальта со структурой частично обращенной шпинели CoFe2O4 синтезировали механохимическим методом с использованием в качестве исходных компонентов оксалаты железа и кобальта, модифицированных катионами калия 1–5%. Исследование катализаторов методом термопрограммированного восстановления водородом (ТПВ-Н2) проводили на установке “Хемосорб”. Навеску образца СоFe2O4 (0.1–0.15 г), загружали в U-образный кварцевый реактор. Образец предварительно отдували в токе (5 мл/мин) Ar, нагревая от комнатной температуры до 150°С со скоростью 10°С/мин, после чего выдерживали при заданной температуре в течение 10 мин. Затем образец охлаждали в токе Ar до 50°С. Восстановление образцов проводили смесью 10% H2 в Ar со скоростью подачи 30 мл/мин в режиме нагрева до 700°С со скоростью 5°С/мин. Площадь поверхности, изотермы адсорбции-десорбции азота и данные по распределению пор по размерам получены на приборе Sorbi-MS. Удельная поверхность определялась методом БЭТ по низкотемпературной адсорбции–десорбции азота. Перед исследованием образцы были обработаны в токе азота при температуре 250°С в течение 60 мин.

Каталитическая активность. Образцы испытывались в реакции разложения N2O. Испытания проводились с помощью каталитического комплекса ПКУ-2ВД. Состав реакционной газовой среды N2 : N2O : Н2 = 100 : 1 : 1, N2 : N2O : Н2О = = 100 : 1 : 1, N2 : N2O : О2 = 100 : 1 : 1. Объемная скорость газа рассчитывается по формуле и составляла 20 000 ч–1:

$w = \frac{{{{V}_{{\text{г}}}}}}{{{{V}_{{kt}}}}}\,\,{{{\text{ч}}}^{{ - 1}}}$
Vг объем газа, м3/ч, Vkt объем катализатора, м–3.

Температура в реакторе варьировалась от 100 до 550°С. Для определения состава продуктов реакции использовался газовый хроматограф Кристаллюкс – 4000 М с детекторами по теплопроводности.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

С целью изучения параметров процесса взаимодействия катализатора с водородом были выполнены исследования методом термопрограммированного восстановления водородом, которые приведены на рисунке 1. В ТПВ-Н2 спектрах образцов наблюдаются три области интенсивного поглощения водорода 250–370°С, 370–550°С и 550–620°С. Более слабый пик в интервале температур 180–300°C связан с восстановлением поверхностных частиц кобальта [9, 10]. Эти три пика характерны для восстановления CoFe2O4 и были приписаны восстановлению Co2+ до металлического кобальта (первый) и последовательному восстановлению Fe3+ до металлического железа при более высокой температуре. Ведение катионов калия приводит сдвигу пиков в область более низких температур. Общие поглощение водорода образцами увеличивается, что связано с сокращением в них содержания кобальта при введении калия. С ростом содержания калия величина поглощения в первом пике проходит через максимум, а во втором пике происходит смещение температуры с 505 до 455°С. Наблюдаемое снижение температуры начала восстановления для пиков может быть обусловлено уменьшением размера кристаллитов и небольшим увеличением удельной поверхности образцов. Очевидно, что взаимодействие между катионами K и Co способствует восстановлению Co2+ до Co0 и Fe3+ до Fe2+.

Рис. 1.

Кривые ТПВ-Н2 K2O/CoFe2O4. Соотношения K2O/CoFe2O4, мас. %: 1 – 1/99; 2 – 2/98; 3 – 3/97; 4 – 4/96; 5 – 5/95.

Рис. 2.

ТПД-О2 CoFe2O4, модифицированного щелочным металлам K2O. Соотношения K2O/CoFe2O4, мас. %: 1 – 1/99; 2 – 2/98; 3 – 3/97; 4 – 4/96; 5 – 5/95.

Сильно уширенные области 350–600°С в профилях образцов, в состав которых входит 1 мас. % K2О, отвечают присутствию ионов K, сильно связанного с ферритом кобальта. Схожим образом в появление высокотемпературных пиков объясняется восстановлением шпинельных форм на поверхности катализатора. В сравнении с профилем восстановления 1% K2O/CoFe2O4 пики восстановления катализаторов 5% K2O/CoFe2O4 смещаются в сторону более низких температур. Это означает, что окислительно-восстановительная способность 5% K2O/CoFe2O4 увеличивается.

В процессе разложения N2O, что Co2+ окисляется до Co3+ атомом кислорода. Затем образованный таким образом Co3+ должен быть восстановлен до Co2+, чтобы регенерировать активные центры. Добавка K2О в катализаторе, по-видимому, играет важную роль в ускорении этой стадии восстановления. Добавление K2О делает восстановление Co3+ до Co2+ и образование кислородных вакансий более разнообразным, что увеличивает структуру потока кислорода в решетке и увеличивает каталитическую активность катализатора. Температурные максимумы, наблюдаемые при 250–300°C, приписываются восстановлению адсорбированных форм кислорода.

Восстановление до Fe0 происходит ступенчато от Fe2O3 до Fe3O4, называемого магнетитом, и продолжается до металлического железа. Промежуточный оксид, Fe(1 –x)O, не стабилен при температурах ниже 570°C. При температурах восстановления выше 570°C вюстит также должен учитываться в процессе восстановления. В этом случае восстановление происходит от Fe2O3 через Fe3O4 до Fe(1 –x)O и продолжается затем до Fe0.

Для образца 5% K2O/CoFe2O4 наблюдается смещение максимума в область низких температур. Это свидетельствует о снижении энергии связи металл–кислород в этих оксидах. Для образца K2O/CoFe2O4 с ростом содержания оксида калия 1% до 5% наблюдается тенденция к уменьшению количества водорода, поглощенного при восстановлении кислородсодержащих частиц на поверхности. Наблюдаемая тенденция указывает на уменьшение количества хемосорбированного кислорода на поверхности образцов при введении оксида калия в структуру CoFe2O4. Содержание K2О в катализаторе, по-видимому, играет важную роль в ускорении стадии восстановления

Термопрограммированая десорбция кислородом была проведена, чтобы понять роль оксида калия в процессе разложения N2O [11]. На рис. 2 показаны профили десорбции кислорода для катализаторов. Для катализатора CoFe2O4 и с добавлением K2O 1–5% пики десорбции наблюдались при температуре в интервалах 50–140°C, 140–195°C, 195–242°C, 195–285°C и 285–422°C. Добавление в количестве K2O 1–5% вызвало значительное изменение профиля, и пики десорбции имели большую площадь поверхности (рис. 2). Этот результат показывает, что десорбции кислорода способствует добавление K2O в состав катализатора. Наибольшая интенсивность пика десорбции наблюдалась для катализатора CoFe2O4 с добавлением 4% K2O, что указывает на то, что количество центров адсорбции кислорода коррелирует с активностью катализатора. Из рисунка 2 видно, что на этих пяти катализаторах появляется большой пик десорбции при температуре около 157°C на рис. 2.2 , который принадлежит десорбции молекулярного кислорода O2. Это связано с тем, что входит K2O в решетку CoFe2O4, образуя относительно однородный твердый раствор, при этом образуется больше кислородных вакансий на поверхности и в объемной фазе. По мере увеличения содержания до 4% K2O на рис. 2.4 появляются два больших пика десорбции около 208 и 258°C, которые приписываются десорбции атомарного адсорбционного кислорода O0. Пик десорбции при 400–500°C объясняется десорбцией кислорода, адсорбированного решеткой,это в основном связано с восстановительной реакцией. Кроме того, с увеличением количества K2O в образцах площадь пика десорбции кислорода катализатора CoFe2O4 постепенно уменьшается, а температура десорбции снижается. Это связано с тем, что введение до 5% K2O приводит к определенному дефекту кристаллической решетки CoFe2O4, образуя множество кислородных вакансий, что способствует адсорбции кислорода на катализаторе и способствует миграции и десорбции кислорода в решетке.

Феррит кобальта промотированный K2О характеризуется более высокой активностью в реакции разложения N2O так, как адсорбирует меньшие количество кислорода. Поскольку десорбция кислорода из CoFe2O4, промотированного оксидом калия, завершается при более низких температурах, то следует ожидать увеличения каталитической активности в области низких температур.

Также стоит отметить, что перенос кислорода влияет на хемосорбцию N2O. Если кислород, скопившийся на поверхности частиц катализатора, не будет своевременно удален, хемосорбция N2O будет подавлена. Быстрое выделение кислорода из частиц катализатора способствует хемосорбции N2O.

Исследование каталитической активности образцов CoFe2O4, модифицированного катионами калия 1–5% в реакции разложения закиси азота показало, что разложение N2O в присутствии оксида калия существенно выше по сравнению с чистой кобальтовой шпинелью.

Природа щелочной добавки увеличивает активность шпинельного катализатора в соответствии с порядком их ионного радиуса: Li < Na < < Rb < K < Cs [12]. Наблюдаемое увеличение или уменьшение активности катализатора, изображенное как сдвиг в ряду активности параметра T50%, можно объяснить химической природой (s-, p-, d-катионы) и расположением (поверхность, объем) примесей. Металлы, такие как Na, K, Cs, Rb, Sr и Ba, действуют как эффективные легирующие примеси, когда расположены на поверхности, оказывая сильное положительное влияние на характеристики шпинели. Среди поверхностных промоторов наиболее эффективными являются тяжелые щелочные металлы K, Rb и Cs, снижающие T50% до 200°C. В общем, элементы, которые считаются объемными добавками, можно разделить на две группы: окислительно-восстановительные (чаще всего катионы переходных металлов) и не окислительно-восстановительные (s- и p-катионы) добавки [13, 14].

Нами было исследовано влияние содержания K2O в CoFe2O4 на каталитическую активность в реакции разложения N2O при избыточном давлении 0.04 МПа. Показано, что добавка K2O значительно снижает температуру полного разложения N2O, которая симбатно уменьшается с увеличением количества K2O.

Так для образца, содержащего К2О в количестве 1% температура 50%-го превращения N2O составляет 350°С тогда, как образца 5% K2O/CoFe2O4 равна 275°С. Данные по активности (Т50%, Т100%) для других катализаторов приведены в табл. 1. Следует, отметит, что наблюдаемая, корреляция свидетельствует о существенном влиянии слабосвязанного кислорода в катализаторах на скорость протекания реакции, что согласуется с данными о лимитирующей стадии реакции разложения закиси азота в области низких температур. При увеличении содержания щелочной промотирующей добавки свыше 5% приводит к спеканию катализатора K2O/CoFe2O4 при температуре эксплуатации свыше 450°С.

Таблица 1.  

Характеристики катализатора на основе K2O/СоFe2O4

Состав газа, об. % N2 : : N2O N2 : : N2O : : Н2О N2 : : N2O : : О2 N2 : : N2O : : Н2 N2 : : N2O : : Н2О N2 : : N2O : : Н2О N2 : : N2O : : Н2 N2 : : N2O : : Н2О N2 : : N2O : : О2 N2 : : N2O : : Н2
100 : 1 : 1 100 : 1 : 1 100 : 1 : 1
P, МПа 0.1 0.7 1.1
Состав
K2O/CoFe2O4,
мас. %:
Sуд м2 Dокр
нм
$\frac{{{{Т}_{{50{\text{\% }}}}}}}{{{{Т}_{{100{\text{\% }}}}}{\text{\;}}}}$°С
1/99 35 18 $\frac{{350}}{{500{\text{\;}}}}$ $\frac{{390}}{{550{\text{\;}}}}$ $\frac{{380}}{{530{\text{\;}}}}$ $\frac{{340}}{{490{\text{\;}}}}$ $\frac{{362}}{{400{\text{\;}}}}$ $\frac{{350}}{{450{\text{\;}}}}$ $\frac{{270}}{{340{\text{\;}}}}$ $\frac{{352}}{{380{\text{\;}}}}$ $\frac{{280}}{{350{\text{\;}}}}$ $\frac{{260}}{{320{\text{\;}}}}$
2/98 40 16 $\frac{{340}}{{480{\text{\;}}}}$ $\frac{{365}}{{530{\text{\;}}}}$ $\frac{{355}}{{520{\text{\;}}}}$ $\frac{{320}}{{475{\text{\;}}}}$ $\frac{{355}}{{390{\text{\;}}}}$ $\frac{{345}}{{420{\text{\;}}}}$ $\frac{{260}}{{330{\text{\;}}}}$ $\frac{{345}}{{370{\text{\;}}}}$ $\frac{{270}}{{345{\text{\;}}}}$ $\frac{{240}}{{310{\text{\;}}}}$
3/97 38 15 $\frac{{330}}{{475{\text{\;}}}}$ $\frac{{350}}{{525{\text{\;}}}}$ $\frac{{345}}{{515{\text{\;}}}}$ $\frac{{310}}{{465}}$ $\frac{{320}}{{375{\text{\;}}}}$ $\frac{{320}}{{410{\text{\;}}}}$ $\frac{{230}}{{320{\text{\;}}}}$ $\frac{{310}}{{365{\text{\;}}}}$ $\frac{{365}}{{335{\text{\;}}}}$ $\frac{{210}}{{300{\text{\;}}}}$
4/96 40 12 $\frac{{315}}{{460}}$ $\frac{{340}}{{500{\text{\;}}}}$ $\frac{{310}}{{480}}$ $\frac{{305}}{{450{\text{\;}}}}$ $\frac{{310}}{{367{\text{\;}}}}$ $\frac{{310}}{{400{\text{\;}}}}$ $\frac{{210}}{{300{\text{\;}}}}$ $\frac{{300}}{{357{\text{\;}}}}$ $\frac{{240}}{{320{\text{\;}}}}$ $\frac{{200}}{{260{\text{\;}}}}$
5/95 45 10 $\frac{{310}}{{445{\text{\;}}}}$ $\frac{{320}}{{480{\text{\;}}}}$ $\frac{{315}}{{460{\text{\;}}}}$ $\frac{{310}}{{437{\text{\;}}}}$ $\frac{{300}}{{350{\text{\;}}}}$ $\frac{{300}}{{380{\text{\;}}}}$ $\frac{{200}}{{270{\text{\;}}}}$ $\frac{{290}}{{340{\text{\;}}}}$ $\frac{{230}}{{300{\text{\;}}}}$ $\frac{{180}}{{245{\text{\;}}}}$

Процессы образования азотной кислоты в промышленной практике протекают как при поглощении оксидов азота водой, кислорода. Одновременное присутствие кислорода и воды препятствует разложению N2O в основном в той же степени. Однако природа ингибирующего действия воды и кислорода заметно отличается. Принимая во внимание, что в случае воды она заключается в простой блокировке активной поверхности. Поскольку наличие кислорода и водяного пара оказывает значительное влияние на процесс разложения закиси азота, то в работе показано тормозящее действие этих компонентов на активность K2O/CoFe2O4 в процессе разложения N2O.

Данные, представленные на рис. 3, свидетельствуют о снижении активности катализатора при наличии ингибиторов в реакционной смеси. В присутствии водяного пара увеличивается температура зажигания катализатора. В результате полное разложение N2O достигается при температуре 320°С. Пары воды оказывают более сильное ингибирующее действие предположительно из-за конкурентной адсорбции на активных центрах катализатора. Таким образом, добавка калия способствует повышению не только активности, но и устойчивости катализатора к воздействию ингибиторов.

Рис. 3.

Каталитическая активность K2O/CoFe2O4. Соотношения K2O/CoFe2O4, мас. %: 1 – 0/100; 2 – 1/99; 3 – 2/98; 4 – 3/97; 5 – 4/96; 6 – 5/95. Избыточное давление: 0.04 МПа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Методом механохимического синтеза приготовлена серия оксидных катализаторов модифицированных катионами калия 1–5% K2О/CoFe2O4 со структурой шпинели. Показано, что при возрастании содержания калия происходит незначительное увеличение удельной поверхности образцов и снижение степени окристаллизованности шпинели за счет повышения дисперсности частиц и их дефектности. Согласно данным ТПД-О2 и ТПВ-Н2 с ростом содержания катионов калия в структуре шпинели увеличивается количество слабосвязанных форм кислорода и одновременно снижается температура полного восстановления водородом. Выявлена корреляция между каталитической активностью образцов в реакции разложения закиси азота и количеством наиболее слабосвязанного (десорбируемого при низких температурах) кислорода. Максимальной активностью характеризуется образец 5% K2О/CoFe2O4, для которого наблюдается снижение температуры Т50% закиси азота на 100°С по сравнению с незамещенной шпинелью CoFe2O4. Выявлено влияние паров воды, кислорода и водорода на активность катализатора в реакции разложения закиси азота.

Практическая часть работы выполнена в рамках плана работ лаборатории синтеза, исследований и испытания каталитических и адсорбционных систем для процессов переработки углеводородного сырья (созданной при поддержке Минобрнауки РФ на 2012-2022) тема № FZZW-2020-0010) и при стипендиальной поддержке Президента РФ (№ 15493ГУ/2020). При выполнении исследований привлекалось оборудование ЦКП ИГХТУ.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

ТПД термопрограммированая десорбция
ТПВ-Н2 термопрограмированое восстановление водородом
ТПД-О2 термопрограммированая десорбция кислорода
Sуд удельная поверхность образцов носителя, м2
Dокр размер частиц, нм
Vг объем газа, м3
Vkt объем катализатора, м–3
w объемная скорость газа, ч–1
Т50, % температура половинного разложения закиси азота, °С
Т100, % температура полного разложения закиси азота, °С
${{X}_{{{{{\text{N}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}}}}$ степень конверсии N2O, %
I интенсивность сигнала детектора, отн. един.
P давление в реакторе, МПа

Список литературы

  1. Reuel R.C., Bartholomew C.H. The stoichiometries of H2 and CO adsorptions on cobalt: Effects of support and preparation // J. Catal. 1984. V. 85 P. 63. https://doi.org/10.1016/0021-9517(84)90110-6

  2. Bartholomew C.H., Reuel R.C. Cobalt-support interactions: Their effects on adsorption and CO hydrogenation activity and selectivity properties // Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1985. V. 24. P. 56. https://doi.org/10.1021/i300017a011

  3. Zowtiak J.M., Bartholomew C.H. The kinetics of H2 adsorption on and desorption from cobalt and the effects of support thereon // J. Catal. 1983. V. 83. P. 107. https://doi.org/10.1016/0021-9517(83)90034-9

  4. Tejuca L.G., Bell A.T., Fierro J.L.G., Pena M.A. Surface behavior of reduced LaCoO3 as studied by TPD of CO, CO2 and H2 probes and by XPS // Appl. Surf. Sci. 1988. V. 31. P. 301. https://doi.org/10.1016/0169-4332(88)90095-5

  5. Ильин А.П. Производство азотной кислоты: учебное пособие / А.П. Иль-ин, А.В. Кунин, А.А. Ильин; Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Иваново, 2011. 269 с.

  6. Близнюк О.Н., Клещев Н.Ф., Огурцов А.Н. Оптимизация процесса селективного низкотемпературного восстановления ${{{\text{N}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}$ аммиаком. Модификация оксидной каталитической системы // Інтегровані технології та енергозбереження. 2013. № 3. С. 50.

  7. Матышак В.А., Третьяков В.Ф. Роль поверхностных структур в селективном восстановлении оксидов азота углеводородами на оксидных катализаторах // Журн. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. 2008. T. LII. № 4. С. 151.

  8. Гайдей Т.П., Кокорин А.И., Пиллет Н. и др. Каталитическая активность металлических и нанесенных оксидных катализаторов в реакции разложения закиси азота // Журн. Физической Химии. 2007. Т. 81. № 6. С. 1028.

  9. Olusola O.J., Sudip M. Temperature programme reduction (TPR) studies of cobalt phases in γ-alumina supported cobalt catalysts // J. Petroleum Technology and Alternative Fuels. 2016. V. 7. № 1. P. 1 https://doi.org/10.5897/JPTAF2015.0122

  10. Тихомиров С.А., Трегубова И.В., Алымов М.И., Тарасов О.Д., Коровкина Н.Ф. Низкотемпературное водородное восстановление кобальтовых порошков // Физика и химия обработки материалов. 2010. № 6. С. 73.

  11. Садыков В.А., Лунин В.В., Розовский А.Я. и др. Разработка в России новых катализаторов и процессов селективного восстановления оксидов азота углеводородами в избытке // Зеленая химия России: Сб. статей. М.: Изд-во МГУ, 2004. С. 64.

  12. Sylwia W., Gabriela G., Paweł S., Zbigniew S. and Andrzej K.B. Surface and Interface Promotion of Co3O4 for the Low-Temperature N2O Decomposition Catalysis // Catalysts. 2020. № 10. P. 41. https://doi.org/10.3390/catal10010041

  13. Katerina K., Katerina P., Kvetuše J., Dagmar F., Martin K., Lucie O. K-Modified Co-Mn-Al Mixed Oxide-Effect of Calcination Temperature on N2O Conversion in the Presence of H2O and NOx // Catalysts. 2020. № 10. P. 1134. https://doi.org/10.3390/catal10101134

  14. Kimihiro A., Chie O., Shinji I., Yasushi S., Masashi I. Potassium-doped Co3O4 catalyst for direct decomposition of N2O // Applied Catalysis B: Environmental. 2008. V. 78. P. 242. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120435

Дополнительные материалы отсутствуют.