РЕГУЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ БИФУНКЦИОНАЛЬОГО КОБАЛЬТОВОГО КАТАЛИЗАТОРА СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИЕРАРХИЧЕСКОГО ЦЕОЛИТА HBETA

  • Ol'ga Р. Papeta Южно-Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова
  • Vera G. Bakun Южно-Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова
  • Ivan N. Zubkov Южно-Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова
  • Aleksey N. Saliev Южно-Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова
  • Alexander P. Savost’yanov Южно-Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова
  • Roman E. Yakovenko Южно-Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова
DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20246709.7049
Ключевые слова: синтез Фишера-Тропша, бифункциональный кобальтовый катализатор, иерархический цеолит HBeta, щелочное модифицирование, мезопористость, селективность

Аннотация

В данной работе синтезированы новые бифункциональные кобальтовые катализаторы для синтеза Фишера-Тропша в виде композитной смеси: металлического компонента - катализатора Co-Al2O3/SiO2, кислотного компонента - цеолита HBeta и бемитового связующего - AlO(OH). В цеолите HBeta (с мольным соотношением SiО2/Al2О3 40,5) в протонной форме пористая структура была оптимизирована щелочной обработкой (молярная концентрация NaOH: 0,1, 0,15, 0,25, 0,3 и 0,5) с целью получения максимального выхода разветвленных парафинов и олефинов в углеводородах топливного ряда. Катализаторы характеризовались методами рентгенофазового анализа (РФА), низкотемпературной адсорбции-десорбции N2 и температурно-программированного восстановления водородом (ТПВ H2), образца цеолита- энергодисперсионного микроанализа поверхности (ЭДА), термогравиметрии (ТГА), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и адсорбции-десорбции N2. Оценена эффективность обработки раствором NaOH на развитие мезопористости структуры HBeta. Исследования по синтезу Фишера-Тропша со стационарным слоем катализатора проводились при давлении 2 МПа, температуре 240 – 250 °С и объемной скорости газа 1000 ч-1. Балансовые опыты проводили в течение 70-80 ч, анализируя каждые 2 ч состав и количество газа на выходе установки. Показано, что повышение температуры синтеза с 240 до 250 °С интенсифицирует процесс синтеза – степень конверсии СО-катализаторов увеличивается на 9-12%. Проанализирован состав продуктов синтеза Фишера-Тропша. Установлено, что селективность по образованию углеводородов в топливных фракциях, с высокой степенью изомеризации и производительность катализаторов обеспечиваются применением HBeta, модифицированного раствором NaOH с концентрацией 0,25 и 0,5 М.

Для цитирования:

Папета О.П., Бакун В.Г., Зубков И.Н., Салиев А.Н., Савостьянов А.П., Яковенко Р.Е. Регулирование свойств бифункциональого кобальтового катализатора синтеза Фишера-Тропша при использовании иерархического цеолита HBeta. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 9. С. 62-75. DOI: 10.6060/ivkkt.20246709.7049.

Литература

Adeleke A.A., Liu X., Lu X., Moyo M., Hildebrandt D. // Rev. Chem. Eng. 2020. V. 36. N 4. P. 437-457. DOI: 10.1515/ revce-2018-0012.

Sartipi S.J., Parashar K., Valero-Romero M., Santos V., Linden B., Makkee M., Kapteijn F., Gascon J. // J. Catal. 2013. V. 305. Р. 179-190. DOI: 10.1016/j.jcat.2013.05.012.

Asalieva E.Y., Sineva L.V., Mordkovich V.Z. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 10. P 44-51 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236610.12y.

Arutyunov V.S., Savchenko V.I., Sedov I.V., Nikitin A.V., Troshin K.Y., Borisov A.A., Fokin I.G., Makar-yan I.A., Strekova L.N. // Eur. Chem.-Technol. J. 2017. V. 19. N 3. Р. 265-271. DOI: 10.18321/ectj662.

Bonetto L., Pierella L.B., Saux C. // Bull. Mater. Sci. 2020. V. 43. N 1. P. 288. DOI: 10.1007/s12034-020-02254-9.

Fernandez S., Ostraat M.L., Zhang K. // AIChE J. 2020. V. 66. N 9. P. e16943. DOI: 10.1002/aic.16943.

Xing C., Yang G., Lu P., Shen W., Gai X., Tan L., Wang T., Yang R., Tsubaki N. // Micropor. Mesopor. Mater. 2016. V. 233. Р. 62-69. DOI: 10.1016/j.micromeso.2015.10.021.

Schwanke A.J., Pergher S., Martínez L.M.T., Kharissova O.V., Kharisov B.I. Hierarchical MWW zeo-lites by soft and hard template routes. Handbook of Eco-materials. Switzerland: Springer Nature. 2019. 2537-59. DOI: 10.1007/978-3-319-48281-1_89-1.

Sineva L.V., Asalieva E.Y., Mordkovich V.Z. // Russ. Chem. Rev. 2015.V. 84. N 11. P. 1176. DOI: 10.1070/ RCR4464.

Savost’yanov A.P., Narochnyi G.B., Yakovenko R.E., Saliev A.N., Sulima S.I., Zubkov I.N., Nekroenko, S.V., Mitchenko S.A. // Petrol. Сhem. 2017. V. 57. P. 1186-1189 (in Russian). DOI: 10.1134/S0965544117060251.

Yakovenko R.E., Zubkov I.N., Bakun V.G., Agliullin M.R., Saliev A.N., Savost’yanov A.P. // Catal. Ind. 2021. V. 13. Р. 230-238. DOI: 10.1134/S2070050421030120.

Yakovenko R.E., Savost'yanov A.P., Narochniy G.B., Soromotin V.N., Zubkov I.N., Papeta O.P., Svetogorov R.D., Mitchenko S.A. // Catal. Sci. Technol. 2020. V. 10. N 22. Р. 7613-7629. DOI: 10.1039/D0CY00975J.

Sulima S.I., Bakun V.G., Yakovenko R.E., Shabel’skaya N.P., Saliev A.N., Narochnyi G.B., Sa-vost’yanov A.P. // Kinet. Catal. 2018. V. 59. Р. 218-228. DOI: 10.1134/S002 3158418020131.

Abello S., Bonilla A., Perez-Ramirez J. // Appl. Catal. A: Gen. 2009. V. 364. Р. 191-198.

Min J., Kim S., Kwak G., Kim Y.T., Han S.J., Lee Y., Jun K.W., Kim S.K. // Catal. Sci. Technol. 2018. V. 8. N 24. Р. 6346-6359. DOI: 10.1039/C8CY01931B.

Tarach K., Góra-Marek K., Tekla J., Brylewska К., Datka J, Mlekodaj K., Makowski W., Igualada López M.C., Triguero J.M., Rey F. // J. Catal. 2014. V. 312. Р. 46-57. DOI: 10.1016/j.jcat.2014.01.009.

Li H., Hou B., Wang J., Qin C., Zhong M., Huang X., Jia L., Li D. // Molec. Catal. 2018. V. 459. Р. 106-112. DOI: 10.1016/j.mcat.2018.08.002.

Sadek R., Chalupka K.A., Mierczynski P., Rynkowski J., Millot Y., Valentin L., Casale S., Dzwigaj S. // Catal. Today. 2020. V. 354. Р. 109-122. DOI: 10.1016/j.cattod.2 019.05.004.

Beheshti M.S., Ahmadpour J., Behzad M., Arabi H. // Brazilian J. Chem. Eng. 2021. V. 38. P. 101-121. DOI: 10.1007/s43153-020-00075-1.

Fernandez S., Ostraat M. L., Zhang K. // AIChE J. 2020. V. 66. N 9. P. e16943. DOI: 10.1002/aic.16943.

Liu Q., Fan W. // Chem. J. Chinese Univ. 2021. V. 42. N 1. P. 60-73.

Jin Y., Zhang L., Liu J., Zhang S., Sun S., Asaoka S., Fujimoto K. // Micropor. Mesopor. Mater. 2017. V. 248. Р. 7-17. DOI: 10.1016/j.micromeso.2017.04.013.

Verboekend D., Keller T.C., Milina M., Hauert R., Pérez-Ramírez J. // Chem. Mater. 2013. V. 25. N 9. Р. 1947-1959. DOI: 10.1021/cm4006103.

Verboekend D., Pérez-Ramírez J. // Catal. Sci. Technol. 2011. V. 1. N 6. P. 879-890. DOI: 10.1039/C1CY00150G.

Sun H., Wang A., Sun K., Jiang J., Wang F., Gu Z. // J. Porous Mater. 2019. V. 26. Р. 961-970. DOI: 10.1007/ s10934-018-0693-1.

Zhang K., Fernandez S., Converse E.S., Kobaslija S. // Catal. Sci. Technol. 2020. V. 10. N 14. Р. 4602-4611. DOI: 10.1039/D0CY01209B.

Link F., Ahad N., de Klerk A. // Am. Chem. Soc. 2021. Р. 311-352. DOI: 10.1021/bk-2021-1379.ch012.

Chalupka K.A., Sadek R., Szkudlarek L., Mierczynski P., Maniukiewicz W., Rynkowski J., Gurgul J., Casale S., Brouri D., Dzwigaj S. // Res. Chem. Intermed. 2021. V. 47. P. 397-418. DOI: 10.1007/s11164-020-04343-0.

Doluda V.Yu., Sulman M.G., Matveeva V.G., Lakina N.V., Sulman E.M. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2016. V. 59. N 2. P. 79-82 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20165902.5268.

Stepanov A.A., Korobitsyna L.L., Budaev Zh.B., Vosmerikov A.V., Gerasimov E.Yu., Ishkildina A.Kh. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 11. P. 58-66 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.7t.

Verboekend D., Vilé G., Pérez-Ramírez J. // Cryst. Growth Des. 2012. V. 12. N 6. P. 3123-3132. DOI: 10.1021/ cg3003228.

Guo X., Guo L., Zeng Y., Kosol R., Gao X., Yoneyama Y., Yang G., Tsubaki N. // Catal. Today. 2021. V. 368. P. 196-203. DOI: 10.1016/j.cattod.2020.04.047.

de Oliveira A.A., da Silva V., de Aguiar Pontes D., Almeida D.F., Silva D.S.A., Ferreira J.M., Santos R.S., Urquieta-Gonzalez E.A., Pontes L.A.M. // React. Kinet. Mech. Catal. 2021. V. 132. P. 401-416. DOI: 10.1007/ s11144-020-01921-6.

Monama W., Mohiuddin E., Thangaraj B., Mdleleni M.M., Key D. // Catal. Today. 2020. V. 342. Р. 167-177. DOI: 10.1016/j.cattod.2019.02.061.

Wijaya Y.P., Kristianto I., Lee H., Jae J. // Fuel. 2016. V. 182. Р. 588-596. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.06.010.

Wang Y., Sun Y., Lancelot C., Lamonier C., Morin J.C., Revel B., Rives A. // Micropor. Mesopor. Mater. 2015. V. 206. Р. 42-51. DOI: 10.1016/j.micromeso.2014.12.017.

De la Osa, A.R., Romero A., Díez-Ramírez J., Valverde J.L., Sánchez P. // Top. Catal. 2017. V. 60. P. 1082-1093. DOI: 10.1007/s11244-017-0792-2.

Groen J.C., Abelló S., Villaescusa L.A., Pérez-Ramírez J. // Micropor. Mesopor. Mater. 2008. V. 114. N 1-3. P. 93-102. DOI: 10.1016/j.micromeso.2007.12.025.

Savostyanov A.P., Yakovenko R.E., Narochny G.B., Nepomnyashchikh E.V., Mitchenko S.A. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 8. P. 139-146 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20196208.5905.

Savost’yanov A.P., Yakovenko R.E., Narochnyi G.B., Bakun V.G., Sulima S.I., Yakuba E.S., Mitchenko S.A. // Kinet. Catal. 2017. V. 58. P. 81-91. DOI: 10.1134/S0023 158417010062.

Savost’yanov A.P., Yakovenko R.E., Narochnyi G.B., Zubkov I.N., Sulima S.I., Soromotin V.N., Mitchenko S.A. // Petrol. Chem. 2020. V. 60. Р. 81-91. DOI: 10.1134/ S0023158418020131.

Narochny G.B., Yakovenko R.E., Savostianov A.P., Bakun V.G. // Katal. Promysh. 2016. V. 16. N 1. P. 37-42 (in Russian). DOI: 10.18412/1816-0387-2016-1-37-42.

Yakovenko R.E., Zubkov I.N., Savost’yanov A.P., Soromotin V.N., Krasnyakova T.V., Papeta O.P., Mitchenko S.A. // Kinet. Catal. 2021. V. 62. Р. 172-180. DOI: 10.1134/ S0023158421010122.

Yakovenko R.E., Zubkov I.N., Bakun V.G., Papeta O.P., Savostyanov A.P. // Petrol. Chem. 2022. V. 62. P. 101-111. DOI: 10.1134/S0965544122010157.

Soromotin V.N., Yakovenko R.E., Lavrenov S.A., Telegin D.V., Mitchenko S.A. // Inzh. Vestn. Dona. 2022. Р. 1-11 (in Russian).

Young R.A. The Rietveld Method. Oxford: University Press. 1995. 298 p.

Schanke D. Vada S., Blekkan E.A., Hilmen A., Hoff A., Holmen A. // J. Catal. 1995. V. 156. N 1. Р. 85-95. DOI: 10.1006/jcat.1995.1234.

Xu D., Li W., Duan H., Ge Q., Xu H. // Catal. Lett. 2005. V. 102. Р. 229-235. DOI: 10.1007/s10562-005-5861-7.

Lu T., Yan W., Xu R. // Inorg. Chem. Front. 2019. V. 6. N 8. Р. 1938-1951. DOI: 10.1039/C9QI00574A.

Do Nascimento A.R., De Figueredo G.P., Silva E.M.F., Melo M.A.F., Melo D.M.A., De Souza M.J.B. // Rev. Virtual Quim. 2017. V. 9. N 4. Р. 1570-1582. DOI: 10.21577/ 1984-6835.20170092.

Groen J.C., Moulijn J.A., Pérez-Ramírez J. // J. Mater. Chem. 2006. V. 16. N 22. P. 2121-2131. DOI: 10.1039/ B517510K.

Groen J.C., Peffer L.A., Moulijn J.A., Pérez‐Ramírez J. // Chem.–A Eur. J. 2005. V. 11. N 17. Р. 4983-4994. DOI: 10.1002/chem.200500045.

Breck D. Zeolite molecular sieves. 1976. New York: Wiley. 771 р.

Pelmenschikov A.G., Morosi G., Gamba A. // J. Phys. Chem. 1992. V. 96. N 5. Р. 2241-2246. DOI: 10.1021/ j100184a040.

Olson D.H., Haag W.O., Borghard W.S. // Micropor. Mesopor. Mater. 2000. V. 35. Р. 435-446. DOI: 10.1016/S1387-1811(99)00240-1.

Brazovskaya E.Y., Golubeva O.Y. // Glass Phys. Chem. 2021. V. 47. N 6. Р. 726-730. DOI: 10.1134/S108765962106002X.

Guo P., Yan N., Wang L., Zou X. // Cryst. Growth Des. 2017. V. 17. N 12. Р. 6821-6835. DOI: 10.1021/acs.cgd.7b01410.

Akhmedov V.M., Al‐Khowaiter S.H. // Catal. Rev. 2007. V. 49. N 1. Р. 33-139. DOI: 10.1080/01614940601128427.

Hao W., Zhang W., Guo Z., Ma J., Li R. // Catalysts. 2018. V. 8. N 11. Р. 504. DOI: 10.3390/catal8110504.

Mathieu R., Vieillard P. // Micropor. Mesopor. Mater. 2010. V. 132. N 3. Р. 335-351. DOI: 10.1016/j.micromeso. 2010.03.011.

Cheng K., Kang J., Huang S., You Z., Zhang Q., Ding J., Hua W., Deng J., Wang Y. // ACS Catal. 2012. V. 2. N 3. Р. 441-449. DOI: 10.1021/cs200670j.

Wang F., Zheng Y., Huang Y., Yang X., Xu G., Kang J., Liu C., Zheng Z. // J. Analyt. Appl. Pyrol. 2017. V. 126. Р. 180-187. DOI: 10.1016/j.jaap.2017.06.010.

Murzin D.Y. // Kinet. Catal. 2020. V. 61. Р. 80-92. DOI: 10.1134/S0023158420010073.

Kokuryo S., Miyake K., Uchida Y., Mizusawa A., Kubo T., Nishiyama N. // Mater. Today Sustainability. 2022. V. 17. Р. 100098. DOI: 10.1016/j.mtsust.2021.100098.

Bulavchenko O.A., Vinokurov Z.S. // Catalysts. 2023. V. 13. N 11. Р. 1421. DOI: 10.3390/catal13111421.

Gorshkov A.S., Sineva L.V., Gryaznov K.O., Mitberg E.B., Mordkovich V.Z. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 11. P. 65-70. DOI: 10.6060/ivkkt.20226511.2y.

Опубликован
2024-07-02
Как цитировать
PapetaO. Р., Bakun, V. G., Zubkov, I. N., Saliev, A. N., Savost’yanov, A. P., & Yakovenko, R. E. (2024). РЕГУЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ БИФУНКЦИОНАЛЬОГО КОБАЛЬТОВОГО КАТАЛИЗАТОРА СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИЕРАРХИЧЕСКОГО ЦЕОЛИТА HBETA. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 67(9), 62-75. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20246709.7049
Выпуск
Том 67 № 9 (2024)
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы