catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2024-5-25-32catal-1070Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYРазложение аммиака на Co-Al2O3 /SiO2 катализаторах: влияние способов восстановления кобальтаЯковенкоР. Е.YakovenkoR. E.ctls@kalvis.ruКрасняковаТ. В.KrasnyakovaT. V.ctls@kalvis.ruСалиевА. Н.SalievA. N.ctls@kalvis.ruСветогоровР. Д.SvetogorovR. D.ctls@kalvis.ruСоромотинВ. Н.SoromotinV. N.ctls@kalvis.ruВоликА. В.VolikA. V.ctls@kalvis.ruСавостьяновА. П.SavostyanovA. P.ctls@kalvis.ruМитченкоС. А.MitchenkoS. A.ctls@kalvis.ruЮжно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (ЮРГПУ (НПИ)), НовочеркасскРоссияSouth-Russian State Polytechnical University (NPI) named after M.I. Platov (SRSPU (NPI)), NovocherkasskRussian FederationЮжно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (ЮРГПУ (НПИ)), Новочеркасск; Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко, ДонецкРоссияSouth-Russian State Polytechnical University (NPI) named after M.I. Platov (SRSPU (NPI)), Novocherkassk; Institute of Physical-Organic Chemistry and Coal Chemistry named after L.M. Litvinenko, DonetskRussian FederationНациональный исследовательский центр «Курчатовский институт», МоскваРоссияNational Research Center "Kurchatov Institute", MoscowRussian Federation2024291020242452532Copyright © LLC "KALVIS", 20242024LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/1070

Ориентация на «зеленую» энергетику требует поиска экологичных систем запасания энергии. Выбор аммиака как потенциального контейнера для водорода обусловлен его высокой энергоемкостью и отсутствием выбросов оксидов углерода и азота в процессе разложения. В настоящей работе испытаны Co-Al2O3 /SiO2 катализаторы разложения аммиака, активированные разными способами – путем цикличных процедур восстановление-карбидизация-восстановление (RCR) и восстановление-окисление-восстановление (ROR) в сравнении с традиционным методом восстановления кобальта водородом (R). Образцы охарактеризованы методами Н2-ТПВ, ПЭМ, РФА с использованием синхротронного излучения, которые показали неизменность структурных свойств катализаторов в ходе реакции. Поскольку активности исследованных катализаторов и эффективные энергии активации оказались близкими, в длительном эксперименте был протестирован простейший в приготовлении катализатор R, продемонстрировавший высокую стабильность работы.

The focus on "green" energy requires the search for environmentally friendly energy storage systems. The reason for choosing ammonia as a potential storage for hydrogen is its high energy capacity and the absence of carbon and nitrogen oxide emissions during decomposition. Herein, we tested Co-Al2O3/SiO2 ammonia decomposition catalysts that had been pre-activated via cyclic hydrogenation-carburization-hydrogenation (RCR) and reduction-oxidation-reduction (ROR) procedures versus the conventional cobalt oxides reduction with hydrogen (R). The samples were characterized by H2-TPR, TEM and synchrotron X-ray diffraction techniques, which revealed that the structural properties of the catalysts were not modified by the reaction. Since the activities of the tested catalysts and the effective reaction barriers appeared to be close, the easiest-to-prepare catalyst R was chosen for the long-term catalytic trial (500 h), and it showed excellent performance stability.

разложение аммиакаполучение водородакатализатор Co-Al2O3 /SiO2каталитическая активностьammonia decompositionhydrogen productionCo-Al2O3/SiO2 catalystcatalytic activityReferencesSchueth F. //Chemie Ingenieur Technik. 2011. V. 83. N. 11. P. 1984-1993. https://doi.org/10.1002/cite.201100147Schueth F. //Chemie Ingenieur Technik. 2011. V. 83. N. 11. P. 1984-1993. https://doi.org/10.1002/cite.201100147Wan, Z., Tao, Y., Shao, J., Zhang, Y., You, H. // Energy Conversion and Management. 2021. V. 228. P. 113729. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113729Wan, Z., Tao, Y., Shao, J., Zhang, Y., You, H. // Energy Conversion and Management. 2021. V. 228. P. 113729. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113729Ristig, S., Poschmann, M., Folke, J., Gómez‐Cápiro, O., Chen, Z., Sanchez‐Bastardo, N., Ruland, H. // Chemie Ingenieur Technik. 2022. V. 94. N. 10. P. 1413-1425. https://doi.org/10.1002/cite.202200003Ristig, S., Poschmann, M., Folke, J., Gómez‐Cápiro, O., Chen, Z., Sanchez‐Bastardo, N., Ruland, H. // Chemie Ingenieur Technik. 2022. V. 94. N. 10. P. 1413-1425. https://doi.org/10.1002/cite.202200003Lucentini, I., Garcia, X., Vendrell, X., Llorca, J. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2021. V. 60. N. 51. P. 18560-18611. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c00843Lucentini, I., Garcia, X., Vendrell, X., Llorca, J. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2021. V. 60. N. 51. P. 18560-18611. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c00843Hu, X. C., Wang, W. W., Gu, Y. Q., Jin, Z., Song, Q. S., Jia, C. J. // ChemPlusChem. 2017. V. 82. N. 3. P. 368-375. https://doi.org/10.1002/cplu.201600444Hu, X. C., Wang, W. W., Gu, Y. Q., Jin, Z., Song, Q. S., Jia, C. J. // ChemPlusChem. 2017. V. 82. N. 3. P. 368-375. https://doi.org/10.1002/cplu.201600444Cheddie, D. Ammonia as a hydrogen source for fuel cells: a review. 2012. P. 333-362.Cheddie, D. Ammonia as a hydrogen source for fuel cells: a review. 2012. P. 333-362.Bell, T. E., Torrente-Murciano, L. // Topics in Catalysis. 2016. V. 59. P. 1438-1457. https://doi.org/10.1007/s11244-016-0653-4Bell, T. E., Torrente-Murciano, L. // Topics in Catalysis. 2016. V. 59. P. 1438-1457. https://doi.org/10.1007/s11244-016-0653-4García-Bordejé, E., Armenise, S., Roldán, L. // Catalysis Reviews. 2014. V. 56 N. 2. P. 220-237. https://doi.org/10.1080/01614940.2014.903637García-Bordejé, E., Armenise, S., Roldán, L. // Catalysis Reviews. 2014. V. 56 N. 2. P. 220-237. https://doi.org/10.1080/01614940.2014.903637Hill, A. K., & Torrente-Murciano, L. // Applied Catalysis B: Environmental. 2015. V. 172. P. 129-135. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2015.02.011Hill, A. K., & Torrente-Murciano, L. // Applied Catalysis B: Environmental. 2015. V. 172. P. 129-135. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2015.02.011Hill, A. K., Torrente-Murciano, L. // International journal of hydrogen energy. 2014. V. 39. N. 15. P. 7646-7654. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.03.043Hill, A. K., Torrente-Murciano, L. // International journal of hydrogen energy. 2014. V. 39. N. 15. P. 7646-7654. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.03.043Yin, S. F., Xu, B. Q., Zhou, X. P., Au, C. T. // Applied Catalysis A: General. 2004. V. 277. N. 1-2. P. 1-9. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2004.09.020Yin, S. F., Xu, B. Q., Zhou, X. P., Au, C. T. // Applied Catalysis A: General. 2004. V. 277. N. 1-2. P. 1-9. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2004.09.020Zhang, Z. S., Fu, X. P., Wang, W. W., Jin, Z., Song, Q. S., Jia, C. J. // Science China Chemistry. 2018. V. 61. P. 1389-1398. https://doi.org/10.1007/s11426-018-9261-5Zhang, Z. S., Fu, X. P., Wang, W. W., Jin, Z., Song, Q. S., Jia, C. J. // Science China Chemistry. 2018. V. 61. P. 1389-1398. https://doi.org/10.1007/s11426-018-9261-5Bell, T. E., Ménard, H., Carballo, J. M. G., Tooze, R., Torrente-Murciano, L. // International Journal of Hydrogen Energy, 2020. V. 45. N. 51. P. 27210-27220. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.07.090Bell, T. E., Ménard, H., Carballo, J. M. G., Tooze, R., Torrente-Murciano, L. // International Journal of Hydrogen Energy, 2020. V. 45. N. 51. P. 27210-27220. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.07.090Podila, S., Driss, H., Zaman, S. F., Ali, A. M., Al-Zahrani, A. A., Daous, M. A., Petrov, L. A. // International journal of hydrogen energy. 2017. V. 42. N. 38. P. 24213-24221. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.07.112Podila, S., Driss, H., Zaman, S. F., Ali, A. M., Al-Zahrani, A. A., Daous, M. A., Petrov, L. A. // International journal of hydrogen energy. 2017. V. 42. N. 38. P. 24213-24221. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.07.112Varisli, D., & Kaykac, N. G. // International Journal of Hydrogen Energy. 2016. V. 41. N. 14. P. 5955-5968. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.02.097Varisli, D., & Kaykac, N. G. // International Journal of Hydrogen Energy. 2016. V. 41. N. 14. P. 5955-5968. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.02.097Podila, S., Driss, H., Zaman, S. F., Alhamed, Y. A., AlZahrani, A. A., Daous, M. A., Petrov, L. A // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2016. V. 414. P. 130-139. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2016.01.012Podila, S., Driss, H., Zaman, S. F., Alhamed, Y. A., AlZahrani, A. A., Daous, M. A., Petrov, L. A // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2016. V. 414. P. 130-139. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2016.01.012Zhang, H., Alhamed, Y. A., Al-Zahrani, A., Daous, M., Inokawa, H., Kojima, Y., Petrov, L. A. // International journal of hydrogen energy. 2014. V. 39. N. 31. P. 17573-17582. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.07.183Zhang, H., Alhamed, Y. A., Al-Zahrani, A., Daous, M., Inokawa, H., Kojima, Y., Petrov, L. A. // International journal of hydrogen energy. 2014. V. 39. N. 31. P. 17573-17582. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.07.183Li, G., Zhang, H., Yu, X., Lei, Z., Yin, F., He, X. // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. N. 26. P. 12882-12892. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.02.046Li, G., Zhang, H., Yu, X., Lei, Z., Yin, F., He, X. // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. N. 26. P. 12882-12892. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.02.046Zhang, H., Alhamed, Y. A., Chu, W., Ye, Z., AlZahrani, A., Petrov, L. // Applied Catalysis A: General. 2013. V. 464. P. 156-164. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2013.05.046Zhang, H., Alhamed, Y. A., Chu, W., Ye, Z., AlZahrani, A., Petrov, L. // Applied Catalysis A: General. 2013. V. 464. P. 156-164. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2013.05.046Zhao, C., Yang, Y., Wu, Z., Field, M., Fang, X. Y., Burke, N., Chiang, K. // Journal of Materials Chemistry A. 2014. V. 2. N. 46. P. 19903-19913. https://doi.org/10.1039/C4TA04561KZhao, C., Yang, Y., Wu, Z., Field, M., Fang, X. Y., Burke, N., Chiang, K. // Journal of Materials Chemistry A. 2014. V. 2. N. 46. P. 19903-19913. https://doi.org/10.1039/C4TA04561KShiba, N. C., Yao, Y., Liu, X., Hildebrandt, D. // Reviews in Chemical Engineering. 2022. V. 38. N. 5. P. 503-538. https://doi.org/10.1515/revce-2020-0023Shiba, N. C., Yao, Y., Liu, X., Hildebrandt, D. // Reviews in Chemical Engineering. 2022. V. 38. N. 5. P. 503-538. https://doi.org/10.1515/revce-2020-0023Яковенко Р.Е., Зубков И.Н., Нарочный Г.Б., Папета О.П., Денисов О.Д., Савостьянов А.П. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 2. С. 278.Яковенко Р.Е., Зубков И.Н., Нарочный Г.Б., Папета О.П., Денисов О.Д., Савостьянов А.П. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 2. С. 278.Яковенко Р. Е., Краснякова Т. В., Салиев А. Н., Шилов М. А., Волик А. В., Савостьянов А. П., Митченко С. А. // Кинетика и катализ. 2023. T. 64, № 2. C. 203-215. DOI: 10.31857/S0453881123020090Яковенко Р. Е., Краснякова Т. В., Салиев А. Н., Шилов М. А., Волик А. В., Савостьянов А. П., Митченко С. А. // Кинетика и катализ. 2023. T. 64, № 2. C. 203-215. DOI: 10.31857/S0453881123020090Svetogorov, R. D., Dorovatovskii, P. V., Lazarenko, V. A. // Crystal Research and Technology. 2020. V. 55. N. 5. https://doi.org/10.1002/crat.201900184Svetogorov, R. D., Dorovatovskii, P. V., Lazarenko, V. A. // Crystal Research and Technology. 2020. V. 55. N. 5. https://doi.org/10.1002/crat.201900184PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). 2012. URL: www.icdd.comPDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). 2012. URL: www.icdd.comYoung, R.A., The Rietveld Method, Oxford: Oxford University, 1995, p. 298Young, R.A., The Rietveld Method, Oxford: Oxford University, 1995, p. 298PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. № 000-15-0806.PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. № 000-15-0806.PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. № 48-1719.PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. № 48-1719.PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. № 010-89-4308.PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. № 010-89-4308.Fratalocchi, L., Groppi, G., Visconti, C. G., Lietti, L., Tronconi, E. // Catalysis Today. 2020. V. 342. P. 79-87. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.02.069Fratalocchi, L., Groppi, G., Visconti, C. G., Lietti, L., Tronconi, E. // Catalysis Today. 2020. V. 342. P. 79-87. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.02.069Zhao, N., Chen, Y., Li, X., Chen, T., Nisa, M. U., Li, Z. // Molecular Catalysis. 2023. V. 549. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2023.113483Zhao, N., Chen, Y., Li, X., Chen, T., Nisa, M. U., Li, Z. // Molecular Catalysis. 2023. V. 549. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2023.113483Lu, W., Wang, J., Ma, Z., Chen, C., Liu, Y., Hou, B., Wang, B. // Fuel. 2023. V. 332. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.126115Lu, W., Wang, J., Ma, Z., Chen, C., Liu, Y., Hou, B., Wang, B. // Fuel. 2023. V. 332. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.126115Patanou, E., Tsakoumis, N. E., Myrstad, R., Blekkan, E. A. // Applied Catalysis A: General. 2018. V. 549. P. 280-288. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2017.10.007Patanou, E., Tsakoumis, N. E., Myrstad, R., Blekkan, E. A. // Applied Catalysis A: General. 2018. V. 549. P. 280-288. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2017.10.007

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