catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2024-4-16-24catal-1059Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYБлочные катализаторы на основе оксидов Ce и Mn и кордиеритовой керамики для разложения озонаBlock catalysts, based on Ce and Mn oxides and cordierite ceramics, for ozone decompositionЧерныхМ. В.ChernykhM. V.ctls@kalvis.ruМамонтовГ. В.MamontovG. V.ctls@kalvis.ruНациональный исследовательский Томский государственный университет, ТомскРоссияNational Research Tomsk State UniversityRussian Federation2024180720242441624Copyright © LLC "KALVIS", 20242024LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/1059

Проведено исследование влияния соотношения оксидов Ce и Mn, нанесенных на кордиеритовую керамику, на структуру и каталитическую активность в реакции разложения озона при комнатной температуре. Катализаторы были приготовлены пропиткой блоков из кордиеритовой керамики с использованием добавки лимонной кислоты при варьировании атомных соотношений Ce : Mn. Физико-химические характеристики катализаторов исследовали методами низкотемпературной сорбции N2, рентгенофазовым анализом, сканирующей электронной микроскопией, температурно-программируемым восстановлением H2, каталитическую активность образцов в разложении озона тестировали при высокой скорости потока (20–50 л/мин) и начальной концентрации O3 1–2 ppm. Показано, что смешанные оксидные Ce-Mn-катализаторы активнее, чем катализаторы на основе индивидуальных оксидов Ce и Mn. Активность проходит через максимум при атомном соотношении Ce : Mn = 1 : 2, что обусловлено высокодисперсным состоянием нанесенных оксидов.

In this work, we studied the effect of the ratio of Ce and Mn oxides deposited on cordierite ceramics on the structure and catalytic activity in the ozone decomposition at room temperature. The series of catalysts with varying the CeO2:MnO2 mass ratios were prepared by impregnation of cordierite ceramic blocks by Ce and Mn nitrates aqueous solutions with the addition of citric acid. The physicochemical characteristics of the catalysts were studied by low-temperature N2 sorption, X-ray diffraction analysis, scanning electron microscopy, H2 temperature-programmed reduction. The catalytic activity of the samples in ozone decomposition was tested at high flow rates (20-50 L/min) and an initial O3 concentration of 1-2 ppm. It has been shown that mixed Ce-Mn oxide catalysts are more active in comparison with catalysts based on individual Ce and Mn oxides. The activity passes through a maximum at the mass ratio of CeO2:MnO2 = 5:5, which is due to the highly dispersed state of the deposited oxides.

блочные катализаторыоксиды марганцаоксид цериякордиеритразложение озонаblock catalystsmanganese oxidescerium oxidecordieriteozone decompositionReferencesJuginovic A., Vukovic M., Aranza I., Bilos V. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 22516. DOI: 10.1038/s41598-021-01802-5.Juginovic A., Vukovic M., Aranza I., Bilos V. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 22516. DOI: 10.1038/s41598-021-01802-5.Li H., Zhang P., Jia J., Wang X., Rong S. // Appl. Catal. B: Environ. 2024. V. 340. P. 123222. DOI: 10.1016/j.apcatb.2023.123222.Li H., Zhang P., Jia J., Wang X., Rong S. // Appl. Catal. B: Environ. 2024. V. 340. P. 123222. DOI: 10.1016/j.apcatb.2023.123222.Srivastava D., Vu T.V., Tong S., Shi Z., Harrison R.M. // npj Clim. Atmos. Sci. 2022. V. 5. P. 22. DOI: 10.1038/s41612-022-00238-6.Srivastava D., Vu T.V., Tong S., Shi Z., Harrison R.M. // npj Clim. Atmos. Sci. 2022. V. 5. P. 22. DOI: 10.1038/s41612-022-00238-6.Ma J.-C., Guo M.-X., Wang S., Wang S.-D. // J. Fuel Chem. Technol. 2023. V. 51. P. 1026-1034. DOI: 10.1016/S1872-5813(23)60337-8.Ma J.-C., Guo M.-X., Wang S., Wang S.-D. // J. Fuel Chem. Technol. 2023. V. 51. P. 1026-1034. DOI: 10.1016/S1872-5813(23)60337-8.EP Patent 0040235B1, 1979.EP Patent 0040235B1, 1979.CN Patent 115485156A, 2021.CN Patent 115485156A, 2021.Ranjeeth R.K., Donald R.C., Bruce J.T. // Appl. Catal. B Environ. 2009. V. 90. P. 507-515. DOI: 10.1016/j.apcatb.2009.04.015.Ranjeeth R.K., Donald R.C., Bruce J.T. // Appl. Catal. B Environ. 2009. V. 90. P. 507-515. DOI: 10.1016/j.apcatb.2009.04.015.Wu M.C., Nelson A.K. // Appl. Catal. B Environ. 1998. V. 18. P. 79-91. DOI: 10.1016/S0926-3373(98)00027-7.Wu M.C., Nelson A.K. // Appl. Catal. B Environ. 1998. V. 18. P. 79-91. DOI: 10.1016/S0926-3373(98)00027-7.РФ патент № 2537300 C1, опубл. 2014.РФ патент № 2537300 C1, опубл. 2014.US Patent 5620672, 1997.US Patent 5620672, 1997.Yu Y., Ji J., Li K., Huang H., Shrestha R.P., Oanh N.T.K., Winijkul E., Deng J. // Catal. Today. 2020. V. 355. P. 573-579. DOI: 10.1016/j.cattod.2019.05.063.Yu Y., Ji J., Li K., Huang H., Shrestha R.P., Oanh N.T.K., Winijkul E., Deng J. // Catal. Today. 2020. V. 355. P. 573-579. DOI: 10.1016/j.cattod.2019.05.063.Wei Y., Min X., Li Y., Wang H., Qi F., Liang P., Li H., Hu J., Sun T. // Appl. Catal., A. 2022. V. 640. P. 118659. DOI: 10.1016/j.apcata.2022.118659.Wei Y., Min X., Li Y., Wang H., Qi F., Liang P., Li H., Hu J., Sun T. // Appl. Catal., A. 2022. V. 640. P. 118659. DOI: 10.1016/j.apcata.2022.118659.Xu Z., Yang W., Si W., Chen J., Peng Y., Li J. // J. Hazard. Mater. 2021. V. 420. P. 126641. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.126641.Xu Z., Yang W., Si W., Chen J., Peng Y., Li J. // J. Hazard. Mater. 2021. V. 420. P. 126641. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.126641.Gong S.Y., Wang A.Q., Wang Y., Liu H.D., Han N., Chen Y.F. // ACS Appl. Nano Mater. 2020. V. 3. P. 597-607. DOI: 10.1021/acsanm.9b02143.Gong S.Y., Wang A.Q., Wang Y., Liu H.D., Han N., Chen Y.F. // ACS Appl. Nano Mater. 2020. V. 3. P. 597-607. DOI: 10.1021/acsanm.9b02143.Mehandjiev D., Naidenov A. // Ozone Sci. Eng. 1992. V. 14. P. 277-282. DOI: 10.1080/01919519208552273.Mehandjiev D., Naidenov A. // Ozone Sci. Eng. 1992. V. 14. P. 277-282. DOI: 10.1080/01919519208552273.Gong S., Chen J., Wu X., Han N., Chen Y. // Catal. Commun. 2018. V. 106. P. 25-29. DOI: 10.1016/j.catcom.2017.12.003.Gong S., Chen J., Wu X., Han N., Chen Y. // Catal. Commun. 2018. V. 106. P. 25-29. DOI: 10.1016/j.catcom.2017.12.003.Naydenov A., Stoyanova R., Mehandjiev D. // J. Mol. Catal. A: Chem. 1995. V. 98. P. 9-14. DOI: 10.1016/1381-1169(94)00060-3.Naydenov A., Stoyanova R., Mehandjiev D. // J. Mol. Catal. A: Chem. 1995. V. 98. P. 9-14. DOI: 10.1016/1381-1169(94)00060-3.Wang Y., Arandiyan H., Scott J., Bagheri A., Dai H., Amal R. // J. Mater. Chem. 2017. V. 5. P. 8825–8846. DOI:10.1039/c6ta10896b.Wang Y., Arandiyan H., Scott J., Bagheri A., Dai H., Amal R. // J. Mater. Chem. 2017. V. 5. P. 8825–8846. DOI:10.1039/c6ta10896b.Namdari M., Lee C.-S., Haghighat F. // Build. Environ. 2021. V. 187. P. 107370. DOI: 10.1016/j.buildenv.2020.107370.Namdari M., Lee C.-S., Haghighat F. // Build. Environ. 2021. V. 187. P. 107370. DOI: 10.1016/j.buildenv.2020.107370.Jia J., Yang W., Zhang P., Zhang J. // Appl. Catal., A. 2017. V. 546. P. 79-86. DOI: 10.1016/j.apcata.2017.08.013.Jia J., Yang W., Zhang P., Zhang J. // Appl. Catal., A. 2017. V. 546. P. 79-86. DOI: 10.1016/j.apcata.2017.08.013.Yang Y., Zhang P., Jia J. // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 484. P. 45-53. DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.04.084.Yang Y., Zhang P., Jia J. // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 484. P. 45-53. DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.04.084.Lian Z., Ma J., He H. // Catal. Commun. 2015. V. 59. P. 156-160. DOI: 10.1016/j.catcom.2014.10.005.Lian Z., Ma J., He H. // Catal. Commun. 2015. V. 59. P. 156-160. DOI: 10.1016/j.catcom.2014.10.005.Shu Y., He M., Ji J., Huang H., Liu S., Leung D.Y.C. // J. Hazard. Mater. 2019. V. 364. P. 770-779. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.10.057.Shu Y., He M., Ji J., Huang H., Liu S., Leung D.Y.C. // J. Hazard. Mater. 2019. V. 364. P. 770-779. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.10.057.Wei L., Chen H., Wei Y., Jia J., Zhang R. // J. Environ. Sci. 2021. V. 103. P. 219-228. DOI: 10.1016/j.jes.2020.10.008.Wei L., Chen H., Wei Y., Jia J., Zhang R. // J. Environ. Sci. 2021. V. 103. P. 219-228. DOI: 10.1016/j.jes.2020.10.008.Dey A., Chakrabarti O. // Mater. Chem. Phys. 2019. V. 222. P. 275-285. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2018.10.025.Dey A., Chakrabarti O. // Mater. Chem. Phys. 2019. V. 222. P. 275-285. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2018.10.025.Hoang S., Lu X., Tang W., Wang S., Du S., Nam C.-Y., Ding Y., Vinluan R.D., Zheng J., Gao P.-X. // Catal. Today. 2019. V. 320. P. 2-10. DOI: 10.1016/j.cattod.2017.11.019.Hoang S., Lu X., Tang W., Wang S., Du S., Nam C.-Y., Ding Y., Vinluan R.D., Zheng J., Gao P.-X. // Catal. Today. 2019. V. 320. P. 2-10. DOI: 10.1016/j.cattod.2017.11.019.Nascimento L.F., Lima J.F., de Sousa Filho P.C., Serra O.A. // Chem. Eng. J. 2016. V. 290. P. 454-464. DOI: 10.1016/j.cej.2016.01.043.Nascimento L.F., Lima J.F., de Sousa Filho P.C., Serra O.A. // Chem. Eng. J. 2016. V. 290. P. 454-464. DOI: 10.1016/j.cej.2016.01.043.Radwan N.R.E., El-Shobaky G.A., Fahmy Y.M. // Appl. Catal., A. 2004. V. 274. P. 87–99. DOI: 10.1016/j.apcata.2004.05.032.Radwan N.R.E., El-Shobaky G.A., Fahmy Y.M. // Appl. Catal., A. 2004. V. 274. P. 87–99. DOI: 10.1016/j.apcata.2004.05.032.Consentino L., Pantaleo G., Parola V.L., Migliore C., Greca E. La, Liotta L.F. // Top. Catal. 2023. V. 66. P. 850–859. DOI: 10.1007/s11244-022-01758-4.Consentino L., Pantaleo G., Parola V.L., Migliore C., Greca E. La, Liotta L.F. // Top. Catal. 2023. V. 66. P. 850–859. DOI: 10.1007/s11244-022-01758-4.Tang X., Li Y., Huang X., Xu Y., Zhu H., Wang J., Shen W. // Appl. Catal. B Environ. 2006. V. 62. P. 265-273. DOI: 10.1016/j.apcatb.2005.08.004.Tang X., Li Y., Huang X., Xu Y., Zhu H., Wang J., Shen W. // Appl. Catal. B Environ. 2006. V. 62. P. 265-273. DOI: 10.1016/j.apcatb.2005.08.004.Grabchenko M.V., Mamontov G.V., Zaikovskii V.I., Parola V. La, Liotta L.F., Vodyankina O.V. // Appl. Catal. B Environ. 2020. V. 260. P. 118148. DOI: 10.1016/j.apcatb.2019.118148.Grabchenko M.V., Mamontov G.V., Zaikovskii V.I., Parola V. La, Liotta L.F., Vodyankina O.V. // Appl. Catal. B Environ. 2020. V. 260. P. 118148. DOI: 10.1016/j.apcatb.2019.118148.Mikheeva N., Zaikovskii V., Mamontov G. // Microporous Mesoporous Mater.Mikheeva N., Zaikovskii V., Mamontov G. // Microporous Mesoporous Mater.V. 277. P. 10-16. DOI: 10.1016/j.micromeso.2018.10.013.V. 277. P. 10-16. DOI: 10.1016/j.micromeso.2018.10.013.Chernykh M., Grabchenko M., Knyazev A., Mamontov G. // Crystals. 2023. V. 13. 1674. DOI: 10.3390/cryst13121674.Chernykh M., Grabchenko M., Knyazev A., Mamontov G. // Crystals. 2023. V. 13. 1674. DOI: 10.3390/cryst13121674.РФ Патент № 2811231, опубл. 2024.РФ Патент № 2811231, опубл. 2024.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.