ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ НА СВОЙСТВА CuO/ZnO/Al2O3 КАТАЛИЗАТОРОВ
Аннотация
В работе исследуется влияние добавок щелочноземельных металлов на формирование активной фазы и физико-химические свойства CuO/ZnO/Al2O3 катализаторов. На основе комплексного анализа свойств, выполненного с применением рентгенофазового и рентгеноструктурного анализа, а также температурной адсорбции-десорбции газов, были изучены процессы, протекающие на стадии механохимической активации и дальнейшей термической обработки. Установлено, что оптимальное количество промотирующей добавки составляет 1-2 масс.%. Щелочноземельные металлы выполняют роль текстурного промотора и оказывают положительное влияние на прочностные свойства. Введение данной добавки позволяет повысить прочность на 15-20% по сравнению с непромотированными катализаторами. Показано, что введение в состав катализатора оксидов магния и кальция в количестве более 2 масс.% (в пересчете на металл) приводит к резкому снижению удельной поверхности катализатора, при этом сохраняется распределение пор, свойственное непромотированным и промышленным образцам. Наличие добавок приводит к уширению профиля пика восстановления и образованию на нем дополнительных максимумов, кроме того, установлено, что существенное влияние на восстановление оказывает и способ получения образцов.
Для цитирования:
Румянцев Р.Н., Смирнова А.А., Севергина Е.С., Афинеевский А.В., Папулова Э.Л., Маркелова Т.А. Влияние добавок щелочноземельных металлов на свойства CuO/ZnO/Al2O3 катализаторов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 3. С. 76-85. DOI: 10.6060/ivkkt.20256803.7103.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Литература
Sazonov I.V. Catalysts for methanol synthesis. Izv. vuzov. Neft’ Gaz. 2010. N 2. P. 117-122 (in Russian).
Rumyantsev R.N., Batanov A.A., Zimbalist I.N., Ilyin A.A., Gordina N.E., Grishin I.S. Investigation of the properties of CuO ZnO-Al2O3 catalysts for the synthesis of methanol. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 10. P. 56-64 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216410.6441.
Sovetin F.S., Hartman T.N., Pankrushina A.V., Aseev K.M., Pavlov A.S. Review of industrial technologies for obtaining methanol from natural gas. Usp. Khim. Khim. Tekhnol. 2021. V. 35. N 8. P. 143-146 (in Russian).
Dalena F., Senatore A., Marino A., Gordano A., Basile M., Basile A. Chap. 1. Methanol production and applications: an overview. In: Methanol. Science and Engineering. 2018. P. 3–28. DOI: 10.1016/B978-0-444-63903-5.00001-7.
Usmanova M.M., Dolgov V.V., Ashurov N.R., Ra-shidova S.S., Dadahodzhaev T. Obtaining of nanocataliz-ers for low–temperature conversion of oxide carbon (CuO/ZnO/Al2O3) with reduced copper content. Bull. Karaganda Univ. Chem. ser. 2020. N 1(97). P. 104–109. DOI: 10.31489/2020Ch1/104-109.
Ali K.A., Abdullah A.Z., Mohamed A.R. Recent devel-opment in catalytic technologies for methanol synthesis from renewable sources: A critical review. Renew. Sust. Energ. Rev. 2015. V. 44. P. 508-518. DOI: 10.1016/j.rser.2015.01.010.
Ning W., Shen H., Liu H. Study of the effect of preparation method on CuO–ZnO–Al2O3 catalyst. Appl. Catal. A: Gen. 2001. V. 211. N 2. P. 153–157. DOI: 10.1016/S0926-860X(00)00871-1.
Barroso M.N., Gomez M.F., Gamboa J.A., Arrúa L.A., Abello M.C. Preparation and characterization of CuZnAl catalysts by citrate gel process. J. Phys. Chem. Solids. 2006. V. 67. N 7. P. 1583–1589. DOI: 10.1016/j.jpcs.2006.01.114.
Zhang Q. C., Cheng K. P., Wen L. X., Guo K., Chen J.F. A study on the precipitating and aging processes of CuO/ZnO/Al2O3 catalysts synthesized in micro–impinging stream reactors. RSC Adv. 2016. V. 6. N 40. P. 33611–33621. DOI: 10.1039/C6RA02512A.
Komova Z. V., Matrelova I. P., Weinbender A. Ya. Shkitina V.I., Kreindel A.I., Sharkina V.I., Boevskaya E.A. Drainless technology for obtaining copper-containing catalysts. Katal. Promysh. 2007. N. 5. P. 43-50 (in Russian).
Mateos-Pedrero C, Silva H., Pacheco Tanaka D.A., Liguori S., Iulianelli A., Basile A., Mendes A. CuO/ZnO catalysts for methanol steam reforming: The role of the support polarity ratio and surface area. Appl. Catal. B: Environ. 2015. V. 174. P. 67-76. DOI: 10.1016/j.apcatb.2015.02.039.
Mota N., Guil-Lopez R., Pawelec B., Fierro J.L.G., Na-varro R.M. Highly active Cu/ZnO–Al catalyst for methanol synthesis: effect of aging on its structure and activity. RSC Adv. 2018. V. 8. N 37. P. 20619-20629. DOI: 10.1039/C8RA03291B.
Baltes C., Vukojevic S., Schuth F. Correlations between synthesis, precursor, and catalyst structure and activity of a large set of CuO/ZnO/Al2O3 catalysts for methanol synthe-sis. J. Catal. 2008. V. 258. P. 334–344. DOI: 10.1016/j.jcat.2008.07.004.
Ahoba-Sam C., Olsbye U., Jens K.J. Low temperature methanol synthesis catalyzed by copper nanoparticles. Catal. Today. 2018. V. 299. P. 112–119. DOI: 10.1016/j.cattod.2017.06.038.
Bellotti D. Rivarolo M., Magistri L., Massardo A.F. Fea-sibility study of methanol production plant from hydrogen and captured carbon dioxide. J. CO2 Util. 2017. V. 21. P. 132-138. DOI: 10.1016/j.jcou.2017.07.001.
Ilyin A. A., Veres K.A., Ivanova T.V., Seyoum M.B., Ilyin A.P. Synthesis of a catalyst for low-temperature con-version of carbon monoxide in ammonia production. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 10. P. 91-97 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216410.6503.
Zhang F., Xu X., Qiu Z., Feng B., Liu Y., Xing A., Fan M. Improved methanol synthesis performance of Cu/ZnO/Al2O3 catalyst by controlling its precursor structure. Green Energy Environ. 2022. V. 7. N 4. P. 772-781. DOI: 10.1016/j.gee. 2020.11.027.
Yong S.T., Ooi C.W., Chai S.P., Wu X.S. Review of methanol reforming-Cu-based catalysts, surface reaction mechanisms, and reaction schemes. Int. J. Hydrog. Energy. 2013. V. 38. N 22. P. 9541-9552. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2013.03.023.
Amrute A.P., De Bellis J., Felderhoff M., Schüth F. Mechanochemical synthesis of catalytic materials. Chem.–A Eur. J. 2021. V. 27. N 23. P. 6819-6847. DOI: 10.1002/ chem.202004583.
Morozova O.S., Firsova A.A., Tyulenin Yu.P., Voro-byova G.A., Leonov A.V. Mechanochemical synthesis–an alternative effective method for the preparation of composite catalysts. Kinet. Katal. 2020. V. 61. N 5. P. 741-748 (in Russian). DOI: 10.31857/S0453881120050081.
Vasilevich A.V., Baklanova O. N., Golinsky D. V., Trenikhin M. V., Lavrenov A.V. Mechanochemical synthesis of highly dispersed carbide-containing catalysts for the hydroconversion of heavy oil residues. Zhurn. Sib. Fed. Univ. Chem. 2018. V. 11. N 4. P. 564-574 (in Russian). DOI: 10.17516/1998-2836-0100.
Prokof'ev V.Y., Gordina N.E., Borisova T.N., Shamanaeva N.V. Study of the kinetics of water desorption on binderfree pellets of SOD and LTA zeolites using model-free isoconversion analyzes. Micropor. Mesopor. Mater. 2019. V. 280. P. 116-123. DOI: 10.1016/j.micromeso.2019.01.028.
Komarov Yu. M., Ilyin A.A., Smirnov N.N., Ilyin A.P., Babaykin D.V. The effect of alkali metal oxides on the selectivity of the conversion of carbon monoxide to hydrogen on copper-containing catalysts. Zhurn. Prikl. Khim. 2013. V. 86. N 1. P. 31-35 (in Russian). DOI: 10.1134/S1070427213010060.
Kournikova A.A., Rumyantsev R.N., Afineevsky A.V., Borisova T.N., Severgina E.S., Gordina N.E. Soft mecha-nochemical synthesis of CuO/ZnO/Al2O3 catalyst for the methanol production process. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 2. P. 21-29 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246702.6866.
Aydın C., El-Nasser H. M., Yakuphanoglu F., Yahia I. S., Aksoy M. Nanopowder synthesis of aluminum doped cadmium oxide via sol–gel calcination processing. J. Alloys Compd. 2011. V. 09. N 3. P. 854-858. DOI: 10.1016/j.jallcom.2010.09.111.
