ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЛАТА НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Мо-СОДЕРЖАЩИХ ЦЕОЛИТНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ НЕОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА
Аннотация
Данная работа посвящена поиску новых структурообразующих добавок – темплатов для синтеза цеолитов типа пентасил. В качестве структурообразующих добавок были использованы пентаэритрит, карбамид, хлорид холина, а также бинарные и тройные системы глубоких эвтектических растворителей, состоящие из смесей этих компонентов. Глубокие эвтектические растворители имеют низкие значения температуры плавления и давления насыщенных паров, характеризуются высокой термической и химической стабильностью, позволяют проводить синтез цеолитов в более экологически безопасных условиях по сравнению с используемыми в настоящее время химическими соединениями. Установлено, что для получения цеолита в качестве компонента структурообразующей добавки в составе глубоких эвтектических растворителей обязательно присутствие карбамида. Методами ИК-спектроскопии и рентгенофазового анализа подтверждена принадлежность синтезированных цеолитов к семейству пентасил и определена их кристалличность. Методом низкотемпературной адсорбции азота определены текстурные характеристики цеолитов, методом сканирующей электронной микроскопии исследованы форма и размеры частиц цеолитов, методом температурно-программируемой десорбции аммиака исследованы сила и концентрация кислотных центров синтезированных цеолитных образцов и показана зависимость этих характеристик от типа применяемого темплата. Каталитическая активность молибденсодержащих катализаторов, полученных на основе синтезированных цеолитов методом сухого механического смешения наноразмерного порошка молибдена и соответствующего порошка синтезированного цеолита, изучена в процессе неокислительной конверсии метана. Показано, что использование при синтезе цеолитов в качестве темплатов бинарных и тройных систем приводит к получению более активных катализаторов по сравнению с катализаторами, полученными с использованием отдельных компонентов, входящих в состав глубоких эвтектических растворителей.
Для цитирования:
Степанов А.А., Коробицына Л.Л., Величкина Л.М., Алтунина Л.К. Исследование влияния темплата на физико-химические и каталитические свойства Мо-содержащих цеолитных катализаторов неокислительной конверсии метана. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 8. С. 41-51. DOI: 10.6060/ivkkt.20256808.14t.
Литература
Wang B., Albarracin-Suazo S., Pagan-Torres Y., Nikolla E. Advances in methane conversion processes. Catal. Today. 2017. V. 285. P. 147–158. DOI: 10.1016/j.cattod.2017.01.023.
Kosinov N., Hensen E.J.M. Reactivity, Selectivity, and Stability of Zeolite-Based Catalysts for Methane Dehy-droaromatization. Adv. Mater. 2020. V. 32. P. 2002565. DOI: 10.1002/adma.202002565.
Stepanov A.A., Korobitsyna L.L., Budaev Zh.B., Vos-merikov A.V., Gerasimov E.Yu., Ishkildina A.Kh. Influence of the secondary mesoporous structure of zeolite on the properties of Mo/ZSM-5 catalysts for non-oxidative methane conversion. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 11. P. 5866. DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.7t.
Galadima A., Muraza O. Advances in Catalyst Design for the Conversion of Methane to Aromatics: A Critical Review. Catal. Sirv. Asia. 2019. V. 23. P. 149–170. DOI: 10.1007/s10563-018-9262-5.
Spivey J.J., Hutchings G. Catalytic aromatization of methane. Chem. Soc. Rev. 2014. V. 43. P. 792–803. DOI: 10.1039/c3cs60259a.
Huang K., Miller J.B., Huber G.W., Dumesic J.A., Maravelias C.T. A general framework for the evaluation of direct non-oxidative methane conversion strategies. Joule. 2018. V. 2. P. 349–365. DOI: 10.1016/j.joule.2018.01.001.
Menon U., Rahman M., Khatib S.J. A critical literature review of the advances in methane dehydroaromatization over multifunctional metal-promoted zeolite catalysts. Appl. Catal. A: Gen. 2020. V. 608. P. 117870. DOI: 10.1016/j.apcata.2020.117870.
Kunin A.V., Ilyin A.A., Morozov L.N., Smirnov N.N., Nikiforova T.E., Prozorov D.A., Rumyantsev R.N., Af-ineevskiy A.V., Borisova O.A., Grishin I.S., Veres K.A., Kurnikova A.A., Gabrin V.A., Gordina N.E. Catalysts and adsorbents for conversion of natural gas, fertilizers production, purification of technological liquids. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 132150. DOI: 10.6060/ivkkt.20236607. 6849j.
Ivanova I., Ponomareva O., Andriako E., Nesterenko N. Innovations in the field of zeolite catalysis. Energy policy. 2021. N 6. P. 68-79. DOI: 10.46920/2409-5516_2021_6160_68.
Parkhomchuk E.V., Sashkina K.A., Parmon V.N. New heterogeneous catalysts based on zeolites with a hierar-chical pore system. Petrochemistry. 2016. V. 56. N 3. P. 214-221. DOI: 10.7868/S0028242116030102. 10.
Travkina O.S., Agliullin M.R., Kutepov B.I. The current state of industrial production and application of zeolite-containing adsorbents and catalysts in Russia. Catalysis in industry. 2021. V. 21. N 5. P. 297-307. DOI: 10.18412/1816-0387-2021-5-297-307.
Maksimov A.L. Oil refining and petrochemistry: import substitution and ensuring technological independence. Vestn. RAN. 2022. V. 92. N 10. P. 930-939. DOI: 10.31857/S0869587322100073.
Noskov A.S. Scientific and technical level of research and prospects of import substitution in the field of industrial catalysts. Vestn. RAN. 2022. V. 92. N 10. P. 940-949. DOI: 10.31857/S0869587322100085.
Zhdaneev O.V., Korenev V.V., Rubtsov A.S. On priority areas and development of oil refining technologies in Russia (review). Journal of Adj. chemistry. 2020. V. 93. N 9. P. 1263-1274. DOI: 10.31857/S0044461820090029.
Sholidodov M.R., Altunina L.K., Kozlov V.V., Cherno-va U.V. Deep eutectic solvents as a basis for chemical oil-displacingcompositions. AIP Conf. Proc. 2022. V. 2509. 020177. DOI: 10.1063/5.0084788.
Smith E.L., Abbott A.P., Ryder K.S. Deep eutectic sol-vents (DESs) and their applications. Chem. Rev. 2014. V. 114. N 21. P. 11060–11082. DOI: 10.1021/cr300162p.
Marcus Y. Deep Eutectic Solvents. Springer Cham. 2019. 200 p. DOI: 10.1007/978-3-030-00608-2.
Qin H., Hu X., Wang J., Cheng H., Chen L., Qi Z. Overview of acidic deep eutectic solvents on synthesis, properties and applications. Green Energy Environ. 2020. V. 5. P. 8–21. DOI: 10.1016/j.gee.2019.03.002.
Morozova O.V., Vasilyeva I.S., Shumakovich G.P., Zaitseva E.A., Yaropolov A.I. Deep eutectic solvents in biotechnology. Usp. biologist. hi-mii. 2023. V. 63. P. 301-348. DOI: 10.1134/S0006297923140092.
Velichkina L.M., Korobitsyna L.L., Vosmerikov A.V. Synthesis, acidic and catalytic properties of high-silica zeolites of the ZSM-5 type. Oil refining and petrochemistry. Scientific and technical achievements and best prac-tices. 2005. N 10. P. 32-35.
Hidalgo C.V., Itoh H., Hattori T., Niwa M., Murakami Y. Measurement of the acidity of various zeolites by temperature-programmed desorption of ammonia. J. Catal. 1984. V. 85. N 2. P. 362–369. DOI: 10.1016/0021-9517(84)90225-2.
Shukla D.B., Pandya V.P. Estimation of crystalline phasein ZSM-5 zeolites by infrared spectroscopy. J. Chem. Technol. Biotechnol. 1989. V. 44. N 2. P. 147–154. DOI: 10.1002/jctb.280440206.
Xu Y., Liu S., X. Guo., Wang L., Xie M. Methane activation without oxidant over Mo/HZSM-5 zeolite catalysts. Catal. Lett. 1994. V. 30. N 1–4. P. 135–149. DOI: 10.1007/BF00813680.
Liu W., Xu Y., Wong S.-T., Wang L., Qui J., Wang N. Methane dehydrogenation and aromatization in the ab-sence of oxygen on Mo/HZSM-5: A study on the interaction between Mo species and HZSM-5 by using 27Al and 29 Si MAS NMR. J. Mol. Catal. A: Chem. 1997. V. 120. N 1–3. P. 257–265. DOI: 10.1016/S1381-1169(96)00427-X.
