catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2025-4-71-81catal-1188Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYВлияние модифицирования алюмооксидного носителя на состояние активной поверхности алюмоникельмолибденовых катализаторов превращения этилена в пропиленEffect of modified alumina support on the active surface of aluminum-nickel-molybdenum catalysts for conversion of ethylene to propyleneКарповаТ. Р.KarpovaT. R.ctls@kalvis.ruЛавреновА. В.LavrenovA. V.ctls@kalvis.ruМоисеенкоМ. А.MoiseenkoM. A.ctls@kalvis.ruГуляеваТ. И.GulyaevaT. I.ctls@kalvis.ruАрбузовА. Б.ArbuzovA. B.ctls@kalvis.ruГорбуноваО. В.GorbunovaO. V.ctls@kalvis.ruМуромцевИ. В.MuromtsevI. V.ctls@kalvis.ruЦентр новых химических технологий ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН, ОмскРоссияCenter of New Chemical Technologies, Boreskov Institute of Catalysis, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, OmskRussian Federation2025150820252547181Copyright © LLC "KALVIS", 20252025LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/1188

Изучены Ni, Mo-содержащие оксидные катализаторы, синтезированные с применением в качестве носителя катион- и анион-модифицированного оксида алюминия (Na2O-Al2O3, MgO-Al2O3, Al2O3-Al2O3, ZrO2-Al2O3, B2O3-Al2O3, SO42--Al2O3). Получены данные о влиянии модифицирования поверхности носителя на физико-химические свойства и активность катализаторов в процессе превращения этилена в пропилен. Показано, что анионное модифицирование (B2O3-Al2O3, SO42--Al2O3) способствует росту активности катализаторов и это обусловлено формированием октаэдрически координированных катионов Ni2+, связанных с кислотными центрами поверхности носителя. Катионное модифицирование (Na2O-Al2O3, MgO-Al2O3, Al2O3-Al2O3, ZrO2-Al2O3), наоборот, подавляет развитие реакций превращения этилена в связи с меньшим содержанием на поверхности таких носителей средних и сильных кислотных центров, определяющих силу взаимодействия с катионами никеля. Максимальный выход пропилена 51–52 мас.% обеспечивается катализаторами на основе боратсодержащего носителя и не модифицированного оксида алюминия. Последние отличаются наличием на своей поверхности высокодисперсных частиц полимолибдатных соединений и Бренстедовских кислотных центров средней силы.

Ni, Mo-containing oxide catalysts synthesized using cation- and anion-modified aluminum oxide (Na2O-Al2O3, MgO-Al2O3, Al2O3-Al2O3, ZrO2-Al2O3, B2O3-Al2O3, SO42--Al2O3) as a support have been studied. The modification effect of the support surface on the physicochemical properties and catalysts activity in the process of conversion ethylene to propylene has been established. Anionic modification (B2O3-Al2O3, SO42--Al2O3) promotes an increase in the activity of catalysts, which is due to the formation of octahedrally coordinated Ni2+ ions bound to the acidic sites of the support surface. In contrast, cationic modification (Na2O-Al2O3, MgO-Al2O3, Al2O3-Al2O3, ZrO2-Al2O3) suppresses the development of ethylene conversion reactions. The maximum propylene yield of 51-52 wt.% is provided by catalysts based on a borate-containing support and unmodified alumina. They are distinguished by the presence of surface highly dispersed polymolybdate species and medium-strength Brønsted acid sites.

оксид никеляоксид молибденаоксид алюминиямодифицированиеэтиленпропилендимеризацияметатезисnickel oxidemolybdenum oxidealuminum oxidemodificationethylenepropylenedimerizationmetathesisReferencesGlobal Propylene Market to Boost in Coming Years – Projected to Reach 132.1 Metric Tons in 2028, at a CAGR of 6.1% during Forecast Period // BlueWeave Consulting and Research Pvt Ltd (2022); https://www.globenewswire.com/en/news-release/2022/03/31/2414083/0/en/ - дата обращения 20.11.2024.Global Propylene Market to Boost in Coming Years – Projected to Reach 132.1 Metric Tons in 2028, at a CAGR of 6.1% during Forecast Period // BlueWeave Consulting and Research Pvt Ltd (2022); https://www.globenewswire.com/en/news-release/2022/03/31/2414083/0/en/ - дата обращения 20.11.2024.Akah A., Williams J., Ghrami M. // Catal. Surv. Asia. 2019. V. 23. P. 265 – 276. https://doi.org/10.1007/s10563-019-09280-6Akah A., Williams J., Ghrami M. // Catal. Surv. Asia. 2019. V. 23. P. 265 – 276. https://doi.org/10.1007/s10563-019-09280-6Gholami Z., Gholami F., Tisler Z., Tomas M., Vakili M. // Energies. 2021. V. 14. P. 1089. https://doi.org/10.3390/en14041089Gholami Z., Gholami F., Tisler Z., Tomas M., Vakili M. // Energies. 2021. V. 14. P. 1089. https://doi.org/10.3390/en14041089Vogt E.T.C., Whiting G.T., Chowdhury A.D., Weckhuysen B.M. // Adv. Catal. 2015. V. 58. P. 143 – 314. https://doi.org/10.1016/bs.acat.2015.10.001Vogt E.T.C., Whiting G.T., Chowdhury A.D., Weckhuysen B.M. // Adv. Catal. 2015. V. 58. P. 143 – 314. https://doi.org/10.1016/bs.acat.2015.10.001Kianfar E., Hajimirzaee S., Mousavian S., Mehr A.S. // Microchem. J. 2020. V. 156. P. 104822. https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.104822Kianfar E., Hajimirzaee S., Mousavian S., Mehr A.S. // Microchem. J. 2020. V. 156. P. 104822. https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.104822Mol J.C., van Leeuwen P.W.N.M. Handbook of Heterogeneous Catalysis. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008. P. 3240 – 3256. https://doi.org/10.1002/9783527610044.hetcat0164/Mol J.C., van Leeuwen P.W.N.M. Handbook of Heterogeneous Catalysis. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008. P. 3240 – 3256. https://doi.org/10.1002/9783527610044.hetcat0164/Beucher R, Cammarano C, Rodríguez-Castellón E, Hulea V. // Ind. Eng. Chem. Res. 2020. V. 59. P. 7438 – 7446. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c00450Beucher R, Cammarano C, Rodríguez-Castellón E, Hulea V. // Ind. Eng. Chem. Res. 2020. V. 59. P. 7438 – 7446. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c00450Perea L.A., Felischak M., Wolff T., Gaona J.A.L., Hamel C., Seidel-Morgenstern A. // Fuel. 2021. V. 284. P. 119031. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119031Perea L.A., Felischak M., Wolff T., Gaona J.A.L., Hamel C., Seidel-Morgenstern A. // Fuel. 2021. V. 284. P. 119031. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119031Bao J., Yang G., Yoneyama Y., Tsubaki N. // ACS Catal. 2019. V. 9. P. 3026. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b03924Bao J., Yang G., Yoneyama Y., Tsubaki N. // ACS Catal. 2019. V. 9. P. 3026. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b03924Седов И.В., Макарян И.А., Берзигияров П.К., Магомедова М.В., Максимов А.Л. // Журнал прикладной химии. 2018. Т. 91. № 12. С. 1693 – 1707.Седов И.В., Макарян И.А., Берзигияров П.К., Магомедова М.В., Максимов А.Л. // Журнал прикладной химии. 2018. Т. 91. № 12. С. 1693 – 1707.Mohsenzadeh A., Zamani A., Taherzadeh M.J. // ChemBioEng Rev. 2017. V. 4. № 2. P. 75 – 91. https://doi.org/10.1002/cben.201600025Mohsenzadeh A., Zamani A., Taherzadeh M.J. // ChemBioEng Rev. 2017. V. 4. № 2. P. 75 – 91. https://doi.org/10.1002/cben.201600025Joshi R., Saxena A., Gounder R. // Catal. Sci. Technol. 2020. V. 10. P. 7101. https://doi.org/10.1039/D0CY01186JJoshi R., Saxena A., Gounder R. // Catal. Sci. Technol. 2020. V. 10. P. 7101. https://doi.org/10.1039/D0CY01186JFiniels A., Fajula F., Hulea V. // Catal. Sci. Technol. 2014. V 4. № 8. P. 2412 – 2426. https://doi.org/10.1039/C4CY00305EFiniels A., Fajula F., Hulea V. // Catal. Sci. Technol. 2014. V 4. № 8. P. 2412 – 2426. https://doi.org/10.1039/C4CY00305EЛапидус А.Л., Дергачев А.А. // Газохимия. 2008. С. 16 – 26.Лапидус А.Л., Дергачев А.А. // Газохимия. 2008. С. 16 – 26.Sayfulina L.F., Buluchevskiy E.A., Lavrenov A.V., Gulyaeva T.I., Trenikhin M.D., Protasova O.V., Gerasimov E.Y., Gulyaev R.V., Drozdov V.A. // Adv. Mater. Res. 2015. V. 1085. P. 17 – 22. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1085.17.Sayfulina L.F., Buluchevskiy E.A., Lavrenov A.V., Gulyaeva T.I., Trenikhin M.D., Protasova O.V., Gerasimov E.Y., Gulyaev R.V., Drozdov V.A. // Adv. Mater. Res. 2015. V. 1085. P. 17 – 22. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1085.17.Lwin S., Wachs I.E. // ACS Catal. 2014. V. 4. № 8. P. 2505 – 2520. https://doi.org/10.1021/cs500528h.Lwin S., Wachs I.E. // ACS Catal. 2014. V. 4. № 8. P. 2505 – 2520. https://doi.org/10.1021/cs500528h.Nikiforov A.I., Chesnokov E.A., Popov A.G., Ivanova I.I. // J. Catal. 2024. V. 436. P. 115578. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2024.115578.Nikiforov A.I., Chesnokov E.A., Popov A.G., Ivanova I.I. // J. Catal. 2024. V. 436. P. 115578. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2024.115578.Guo C.S., Hermann K., Hävecker M., Thielemann J.P., Kube P., Gregoriades L.J., Trunschke A., Sauer J., Schlögl R. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 15449 – 15458. https://doi.org/10.1016/10.1021/jp2034642Guo C.S., Hermann K., Hävecker M., Thielemann J.P., Kube P., Gregoriades L.J., Trunschke A., Sauer J., Schlögl R. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 15449 – 15458. https://doi.org/10.1016/10.1021/jp2034642Popoff N., Mazoyer E., Pelletier J., Gauvin R.M., Taoufik M. // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 9035 – 9054. https://doi.org/10.1039/C3CS60115CPopoff N., Mazoyer E., Pelletier J., Gauvin R.M., Taoufik M. // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 9035 – 9054. https://doi.org/10.1039/C3CS60115CKoninckx E., Mendes P.S.F., Thybaut J.W., Broadbelt L.J. // Appl. Catal. A Gen. 2021. V. 624, P. 118296. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2021.118296Koninckx E., Mendes P.S.F., Thybaut J.W., Broadbelt L.J. // Appl. Catal. A Gen. 2021. V. 624, P. 118296. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2021.118296Лавренов А.В., Булучевский Е.А., Моисеенко М.А., Дроздов В.А., Арбузов А.Б., Гуляева Т.И., Лихолобов В.А., Дуплякин В.К. // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. № 3. С. 423 – 428.Лавренов А.В., Булучевский Е.А., Моисеенко М.А., Дроздов В.А., Арбузов А.Б., Гуляева Т.И., Лихолобов В.А., Дуплякин В.К. // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. № 3. С. 423 – 428.Sohn J.R., Park W.C., Kim H.W. // J. Catal. 2002. V. 209. P. 69 – 74. https://doi.org/10.1006/jcat.2002.3581Sohn J.R., Park W.C., Kim H.W. // J. Catal. 2002. V. 209. P. 69 – 74. https://doi.org/10.1006/jcat.2002.3581Otroshchenko T., Zhang Q., Kondratenko E.V. // Catal. Let. 2022. V. 152. P. 2366 – 2374. https://doi.org/10.1007/s10562-021-03822-2Otroshchenko T., Zhang Q., Kondratenko E.V. // Catal. Let. 2022. V. 152. P. 2366 – 2374. https://doi.org/10.1007/s10562-021-03822-2Amakawa K., Wrabetz S., Kröhnert J., Tzolova-Müller G., Schlögl R., Trunschke A. // J. Am. Chem. Soc. 2012. V. 134. P. 11462 – 11473. https://doi.org/10.1021/ja3011989Amakawa K., Wrabetz S., Kröhnert J., Tzolova-Müller G., Schlögl R., Trunschke A. // J. Am. Chem. Soc. 2012. V. 134. P. 11462 – 11473. https://doi.org/10.1021/ja3011989Debecker D.P., Bouchmella K., Stoyanova M., Rodemerck U., Gaigneaux E.M., Mutin P.H. // Catal. Sci. Technol. 2012. V. 2. № 6. P. 1157 – 1164. https://doi.org/10.1039/C2CY00475EDebecker D.P., Bouchmella K., Stoyanova M., Rodemerck U., Gaigneaux E.M., Mutin P.H. // Catal. Sci. Technol. 2012. V. 2. № 6. P. 1157 – 1164. https://doi.org/10.1039/C2CY00475EHahn T., Bentrup U., Armbruster M., Kondratenko E.V., Linke D. // ChemCatChem. 2014. V. 6. P. 1664 – 1672. https://doi.org/10.1002/cctc.201400040Hahn T., Bentrup U., Armbruster M., Kondratenko E.V., Linke D. // ChemCatChem. 2014. V. 6. P. 1664 – 1672. https://doi.org/10.1002/cctc.201400040Mulcahy F.M., Houalla M., Hercules D.M. // J. Catal. 1993. V. 139. P. 72 – 80. https://doi.org/ 10.1006/jcat.1993.1008Mulcahy F.M., Houalla M., Hercules D.M. // J. Catal. 1993. V. 139. P. 72 – 80. https://doi.org/ 10.1006/jcat.1993.1008Nikiforov A.I., Popov A.G., Chesnokov E.A., Ivanova I.I. // J. Catal. 2022. V. 415. P. 58 – 62. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2022.09.024Nikiforov A.I., Popov A.G., Chesnokov E.A., Ivanova I.I. // J. Catal. 2022. V. 415. P. 58 – 62. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2022.09.024Otroshchenko T., Zhang Q., Kondratenko E.V. // ACS Catal. 2021. V. 11. № 22. P. 14159 – 14167. https://doi.org/10.1021/acscatal.1c04267Otroshchenko T., Zhang Q., Kondratenko E.V. // ACS Catal. 2021. V. 11. № 22. P. 14159 – 14167. https://doi.org/10.1021/acscatal.1c04267Curtin T., McMonagle J.B., Hodnett B.K. // Appl. Catal. A Gen. 1992. V. 93. P. 75 – 89.Curtin T., McMonagle J.B., Hodnett B.K. // Appl. Catal. A Gen. 1992. V. 93. P. 75 – 89.Лавренов А.В., Басова И.А., Казаков М.О., Финевич В.П., Бельская О.Б., Булучевский Е.А., Дуплякин В.К. // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2007. Т. LI. № 4. С. 75 – 85.Лавренов А.В., Басова И.А., Казаков М.О., Финевич В.П., Бельская О.Б., Булучевский Е.А., Дуплякин В.К. // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2007. Т. LI. № 4. С. 75 – 85.Okamoto Y., Imanaka T. // J. Phys. Chem. 1988. V. 92. № 25. P. 7102 – 7112. https://doi.org/10.1021/j100336a015Okamoto Y., Imanaka T. // J. Phys. Chem. 1988. V. 92. № 25. P. 7102 – 7112. https://doi.org/10.1021/j100336a015Nikolova D., Edreva-Kardjieva R., Giurginca M., Meghea A., Vakros J., Voyiatzis G.A., Kordulis C. // Vib. Spectrosc. 2007. V. 44. № 2. P. 343 – 350. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2007.03.002Nikolova D., Edreva-Kardjieva R., Giurginca M., Meghea A., Vakros J., Voyiatzis G.A., Kordulis C. // Vib. Spectrosc. 2007. V. 44. № 2. P. 343 – 350. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2007.03.002Vidruk R., Landau M.V., Herskowitz M., Ezersky V., Goldbourt A. // J. Catal. 2011. V. 282. P. 215 – 227. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2011.06.018Vidruk R., Landau M.V., Herskowitz M., Ezersky V., Goldbourt A. // J. Catal. 2011. V. 282. P. 215 – 227. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2011.06.018Faro Jr A.C., Souza K.R., Camorim V.L.D.L., Cardoso M.B. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2003. V. 5. P. 1932 – 1940. https://doi.org/10.1039/b300899aFaro Jr A.C., Souza K.R., Camorim V.L.D.L., Cardoso M.B. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2003. V. 5. P. 1932 – 1940. https://doi.org/10.1039/b300899aKorhonen S.T., Bañares M.A., Fierro J.L.G., Krause A.O.I. // Catal. Today. 2007. V. 126. 235 – 247. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2007.01.008Korhonen S.T., Bañares M.A., Fierro J.L.G., Krause A.O.I. // Catal. Today. 2007. V. 126. 235 – 247. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2007.01.008Handzlik J., Ogonowski J., Stoch J., Mikołajczyk M., Michorczyk P. // Appl. Catal. A Gen. 2006. V. 312. № 1 – 2. P. 213 – 219. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2006.07.002Handzlik J., Ogonowski J., Stoch J., Mikołajczyk M., Michorczyk P. // Appl. Catal. A Gen. 2006. V. 312. № 1 – 2. P. 213 – 219. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2006.07.002Usman U., Takaki M., Kubota T., Okamoto Y. // Appl. Catal. A Gen. 2005. V. 286. № 1. P. 148 – 154. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2005.03.020Usman U., Takaki M., Kubota T., Okamoto Y. // Appl. Catal. A Gen. 2005. V. 286. № 1. P. 148 – 154. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2005.03.020Cai Z., Liang R., Yu P., Liu Y., Ma Y., Cao Y., Huang K., Jiang L., Bao X. // Fuel Process. Technol. 2022. V. 226. P. 107091. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2021.107091Cai Z., Liang R., Yu P., Liu Y., Ma Y., Cao Y., Huang K., Jiang L., Bao X. // Fuel Process. Technol. 2022. V. 226. P. 107091. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2021.107091Morales-Ortuño J.C., Klimova T.E. // Fuel. 2017. V. 198. P. 99 – 109. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.01.007Morales-Ortuño J.C., Klimova T.E. // Fuel. 2017. V. 198. P. 99 – 109. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.01.007Zhang D., Li X., Liu S., Zhu X., Chen F., Xu L. // Appl. Catal. A Gen. 2014. V. 472. P. 92 – 100. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2013.12.019Zhang D., Li X., Liu S., Zhu X., Chen F., Xu L. // Appl. Catal. A Gen. 2014. V. 472. P. 92 – 100. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2013.12.019Tian H., Roberts C.A., Wachs I.E. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. № 33. P. 14110 – 14120. https://doi.org/10.1021/jp103269wTian H., Roberts C.A., Wachs I.E. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. № 33. P. 14110 – 14120. https://doi.org/10.1021/jp103269wWang B., Ding G., Shang Y., Lv J., Wang H., Wang E., Li Z., Ma X., Qin S., Sun Q. // Appl. Catal. A Gen. 2012. V. 431 – 432. P. 144 – 150. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.04.029Wang B., Ding G., Shang Y., Lv J., Wang H., Wang E., Li Z., Ma X., Qin S., Sun Q. // Appl. Catal. A Gen. 2012. V. 431 – 432. P. 144 – 150. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.04.029Карпова Т.Р., Лавренов А.В., Булучевский Е.А., Гуляева Т.И., Буяльская К.С., Шилова А.В., Леонтьева Н.Н., Арбузов А.Б., Дроздов В.А. // Катализ в промышленности. 2014. № 1. С. 24 – 31.Карпова Т.Р., Лавренов А.В., Булучевский Е.А., Гуляева Т.И., Буяльская К.С., Шилова А.В., Леонтьева Н.Н., Арбузов А.Б., Дроздов В.А. // Катализ в промышленности. 2014. № 1. С. 24 – 31.Davydov A.A., Kantcheva M., Chepotko M.L. // Catal. Let. 2002. V. 8. №. 1 – 2. P. 97 – 108. https://doi.org/10.1023/A:1020669818242Davydov A.A., Kantcheva M., Chepotko M.L. // Catal. Let. 2002. V. 8. №. 1 – 2. P. 97 – 108. https://doi.org/10.1023/A:1020669818242Chakrabarti A., Wachs I.E. // ACS Catal. 2017. V. 8. P. 949 – 959. https://doi.org/10.1021/acscatal.7b03598Chakrabarti A., Wachs I.E. // ACS Catal. 2017. V. 8. P. 949 – 959. https://doi.org/10.1021/acscatal.7b03598Torres-Mancera P., Ramirez J., Cuevas R., Gutierrez-Alejandre A., Murrieta F., Luna R. // Catal. Today. 2005. V. 107 – 108. P. 551 – 558. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2005.07.072Torres-Mancera P., Ramirez J., Cuevas R., Gutierrez-Alejandre A., Murrieta F., Luna R. // Catal. Today. 2005. V. 107 – 108. P. 551 – 558. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2005.07.072Ghashghaee M. // Rev. Chem. Eng. 2018. V. 34. P. 595 – 655. https://doi.org/10.1515/revce-2017-0003Ghashghaee M. // Rev. Chem. Eng. 2018. V. 34. P. 595 – 655. https://doi.org/10.1515/revce-2017-0003

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