catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"catal-145Research ArticleКАТАЛИЗ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫСATALYSIS AND ENVIRONMENT PROTECTIONКАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ САЖИ В УСЛОВИЯХ «СЛАБОГО» КОНТАКТА В ПРИСУТСТВИИ M/Ce0,72Zr0,18Pr0,1O2, ГДЕ М – ПЛАТИНА, ПАЛЛАДИЙ, РУТЕНИЙCatalytic oxidation of soot in conditions of «weak» contact in the presence of M/Ce0,72Zr0,18Pr0,1O2, where M – platinum, palladium, rutheniumМалютинА. В.MalutinA. V.

аспирант кафедры «Технологии неорганических веществ» РХТУ им. Д.И. Менделеева

el-liberman@mail.ruЛиберманЕ. Ю.LibermanE. J.

канд. хим. наук, доцент той же кафедры того же университета.

el-liberman@mail.ruМихайличенкоА. И.MikhailichenkoA. I.

д-р хим. наук, проф. зав. той же кафедрой того же университета

ЗубавичусЯ. В.ZubavichusYa. V.

канд. хим. наук, начальник лаборатории НИЦ «Курчатовский Институт». Тел.: (499) 196-72-63

yzubav@gmail.comМурзинВ. Ю.MurzinV. Yu.

канд. хим. наук, инженер-исследователь НИЦ «Курчатовский институт». Тел.: (499) 196-72-63.

vadim.murzin@gmail.comКошкинА. Г.KoshkinA. G.

ассистент кафедры «Технологии неорганических веществ»РХТУ им. Д.И. Менделеева

ДьяконовВ. А.DyakonovV. A.

инженер-технолог 1-й категории ОАО «Композит». Тел.: (495) 513-22-36

v.dyakonov@mail.ruФилатовЕ. Н.FilatovE. N.

аспирант кафедры «Технологии неорганических веществ» РХТУ им. Д.И. Менделеева. Тел.: (967) 192-28-46

filatovevgeniy@mail.ruКоньковаТ. В.Kon’kovaT. V.

канд. техн. наук, доцент той же кафедры того же университета

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, г. МоскваРоссияНациональный исследовательский центр «Курчатовский институт», Курчатовский НБИКС-центр, г. МоскваРоссияОАО «Композит», г. МоскваРоссия201427112014013341Copyright © LLC "KALVIS", 20142014LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/145

Синтезированы нанодисперсные катализаторы M/Ce0,72Zr0,18Pr0,1O2, где М – Pt, Pd, Ru в количестве 0,5; 1,0 и 2,0 мас.%, для дожигания сажи выхлопных газов дизельных двигателей в условиях «слабого» контакта. Методами EDX, рентгеновской синхротронной дифракции, XANES, EXAFS, ПЭМ, низкотемпературной адсорбции азота и ТГ-ДСК исследованы структурные, текстурные и каталитические свойства образцов. Показано, что в процессе импрегнирования платиновых металлов на поверхность носителя Ce0,72Zr0,18Pr0,1O2 происходит взаимодействие металл – носитель, которое усиливается в ряду Pt → Pd → Ru. Наиболее активными в процессе дожигания сажи являются рутенийсодержащие катализаторы, что обусловлено не только природой нанесенного компонента, но и относительно слабо выраженным взаимодействием металл – носитель по ср внению с платиновыми и палладиевыми образцами. Для них характерно снижение температуры начала окисления примерно на 190 °C и понижение температуры полного окисления примерно на 120 °C по сравнению с теми же параметрами для носителя без платиноидов. Благодаря высокой активности 0,5%Ru/Ce0,72Zr0,18Pr0,1O2 создается возможность проведения эффективной очистки дизельных выбросов от сажи с использованием относительно небольших количеств благородного металла, что позволит снизить стоимость каталитических нейтрализаторов дизельных выбросов.

Nanoparticulate catalysts M/Ce0,72Zr0,18Pr0,1O2, where M – Pt, Pd, Ru at 0,5; 1,0 and 2,0 wt.%, for diesel exhaust soot afterburning in a «weak» contact were synthesized. Structural, textural and catalytic properties of the samples were studied using EDX, X-ray synchrotron diffraction, XANES, EXAFS, TEM, low-temperature nitrogen adsorption and TG-DSC. It is shown that in the process of impregnating of platinum metals on the surface of the support Ce0,72Zr0,18Pr0,1O2, metal-support interaction occurs and increases in a line Pt → Pd → Ru. Ruthenium-ontaining catalysts are the most active in the soot afterburning, not only due to the nature of the supported component, but relatively faint metal-support interaction as compared with platinum and palladium samples. For them it is characterized the reduction of start oxidation temperature on 190 °C and lowering the temperature of complete oxidation approximately on 120 °C compared with the same parameters for the support without platinum. Due to the high activity of 0,5%Ru/Ce0,72Zr0,18Pr0,1O2 the opportunity for effective cleaning of diesel soot emissions are created by using relatively small amounts of the precious metal, which will reduce the cost of catalytic converters of diesel emissions.

нанодисперсные материалыкаталитическое дожигание сажитвердые растворыдиоксид церияплатинапалладийрутенийXANESEXAFSnanoparticulate materialscatalytic afterburning sootsolid solutionssilicaceriumplatinumpalladiumrutheniumXANESEXAFSReferencesSteenland K., Deddens J., Stayner L. Diesel exhaust and lung cancer in the trucking industry: Exposure—response analyses and risk assessment // Am. J. Ind. Med. 1998. Vol. 34. P. 220.Steenland K., Deddens J., Stayner L. Diesel exhaust and lung cancer in the trucking industry: Exposure—response analyses and risk assessment // Am. J. Ind. Med. 1998. Vol. 34. P. 220.International Agency for Research on Cancer. IARC: Diesel Engine Exhaust Carcinogenic. (Press Release No. 213), 2012.International Agency for Research on Cancer. IARC: Diesel Engine Exhaust Carcinogenic. (Press Release No. 213), 2012.Grigorieva A.V., Goodilin E.A., Derlyukova L.E., Anufrieva T.A., Tarasov A.B., Dobrovolskii Y.A., Tretyakov Y.D. Titania nanotubes supported platinum catalyst in CO oxidation process // Appl. Catal. A: General. 2009. Vol. 362. P. 20Grigorieva A.V., Goodilin E.A., Derlyukova L.E., Anufrieva T.A., Tarasov A.B., Dobrovolskii Y.A., Tretyakov Y.D. Titania nanotubes supported platinum catalyst in CO oxidation process // Appl. Catal. A: General. 2009. Vol. 362. P. 20Малютин А.В., Либерман Е.Ю., Михайличенко А.И., Аветисов И.Х., Кошкин А.Г., Конькова Т.В. Каталитическая активность нанодисперсных твердых растворов M0,1Zr0,18Ce0,72O2, где М — РЗМ в реакции окисления монооксида углерода // Катализ в промышленности. 2013. № 3. С. 54—59.Малютин А.В., Либерман Е.Ю., Михайличенко А.И., Аветисов И.Х., Кошкин А.Г., Конькова Т.В. Каталитическая активность нанодисперсных твердых растворов M0,1Zr0,18Ce0,72O2, где М — РЗМ в реакции окисления монооксида углерода // Катализ в промышленности. 2013. № 3. С. 54—59.Reyes P., Konig M.E., Pecchi G., Concha I., Lopez Granados M., Fierro J.L.G. O-xylene hydrogenation on supported ruthenium catalysts // Catal. Lett. 1997. Vol. 46. P. 71.Reyes P., Konig M.E., Pecchi G., Concha I., Lopez Granados M., Fierro J.L.G. O-xylene hydrogenation on supported ruthenium catalysts // Catal. Lett. 1997. Vol. 46. P. 71.Gandao Z., Coq B., Menorval L.C., Tichit D. Comparative behavior of extremely dispersed Pt/Mg(Al)O and t/Al2O3 for the chemisorption of hydrogen, CO and CO2. // Applied Catalysis A. 1996. Vol. 147. P. 395—406.Gandao Z., Coq B., Menorval L.C., Tichit D. Comparative behavior of extremely dispersed Pt/Mg(Al)O and t/Al2O3 for the chemisorption of hydrogen, CO and CO2. // Applied Catalysis A. 1996. Vol. 147. P. 395—406.Велигжанин А.А., Зубавичус Я.В., Чернышов А.А., Тригуб А.Л., Хлебников А.С., Низовский А.И., Худорожков А.К., Бекк И.Э., Бухтияров В.И. In situ ячейка для исследования структуры катализаторов с использованием синхротронного излучения // Журнал структурной химии. 2010. Т. 51. С. 26—32.Велигжанин А.А., Зубавичус Я.В., Чернышов А.А., Тригуб А.Л., Хлебников А.С., Низовский А.И., Худорожков А.К., Бекк И.Э., Бухтияров В.И. In situ ячейка для исследования структуры катализаторов с использованием синхротронного излучения // Журнал структурной химии. 2010. Т. 51. С. 26—32.Ravel B. ATHENA, ARTEMIS, HEPHAESTUS: data analysis for X-ray absorption spectroscopy using IFEFFIT /Ravel B. ATHENA, ARTEMIS, HEPHAESTUS: data analysis for X-ray absorption spectroscopy using IFEFFIT /B. Ravel, M. Newville // J. Synchrotron rad. 2005. Vol. 12. P. 537.B. Ravel, M. Newville // J. Synchrotron rad. 2005. Vol. 12. P. 537.Ankudinov A.L. Real-space multiple-scattering calculation of XANES // Phys. rev. B. 1998. Vol. 58. P. 7565.Ankudinov A.L. Real-space multiple-scattering calculation of XANES // Phys. rev. B. 1998. Vol. 58. P. 7565.Zhang F., Jin Q., Chan S.W. Ceria nanoparticles: Size, size distribution, and shape // J. Appl. Phys. 2004. Vol. 95. P. 4319.Zhang F., Jin Q., Chan S.W. Ceria nanoparticles: Size, size distribution, and shape // J. Appl. Phys. 2004. Vol. 95. P. 4319.Nagai Y., Hirabayashi T., Dohmae K., Takagi N., Minami T., Shinjoh H., Matsumoto S. Sintering inhibition mechanism of platinum supported on ceria-based oxide and Pt-oxide—support interaction // Journal of Catalysis. 2006. Vol. 242. P.103—109.Nagai Y., Hirabayashi T., Dohmae K., Takagi N., Minami T., Shinjoh H., Matsumoto S. Sintering inhibition mechanism of platinum supported on ceria-based oxide and Pt-oxide—support interaction // Journal of Catalysis. 2006. Vol. 242. P.103—109.Bera P., Patil K.C., Jayaram V., Subbanna G.N., Hegde M.S. Ionic Dispersion of Pt and Pd on CeO2 by Combustion Method: Effect of Metal—Ceria Interaction on Catalytic Activities for NO Reduction and CO and Hydrocarbon Oxidation // Journal of Catalysis. 2000. Vol. 196. P. 293—301.Bera P., Patil K.C., Jayaram V., Subbanna G.N., Hegde M.S. Ionic Dispersion of Pt and Pd on CeO2 by Combustion Method: Effect of Metal—Ceria Interaction on Catalytic Activities for NO Reduction and CO and Hydrocarbon Oxidation // Journal of Catalysis. 2000. Vol. 196. P. 293—301.Wong J., Lytle F. W., Messmer R.P., Maylotte D.H. K-edge absorption spectra of selected vanadium compounds // Physical Review B. 1984. Vol. 30. P. 5596.Wong J., Lytle F. W., Messmer R.P., Maylotte D.H. K-edge absorption spectra of selected vanadium compounds // Physical Review B. 1984. Vol. 30. P. 5596.Arcon I., Mirtic B., Kodre A. Determination of Valence States of Chromium in Calcium Chromates by Using -ray Absorption Near-Edge Structure (XANES) Spectroscopy (pages 222—224) // Journal of the American Ceramic Society. 1998. Vol. 81. P. 222.Arcon I., Mirtic B., Kodre A. Determination of Valence States of Chromium in Calcium Chromates by Using -ray Absorption Near-Edge Structure (XANES) Spectroscopy (pages 222—224) // Journal of the American Ceramic Society. 1998. Vol. 81. P. 222.Pantelouris A., Modrow H., Pantelouris M., Hormes J., Reinen D. The influence of coordination geometry and valency on the K-edge absorption near edge spectra of selected chromium compounds // Chemical Physics. 2004. Vol. 300. P. 13.Pantelouris A., Modrow H., Pantelouris M., Hormes J., Reinen D. The influence of coordination geometry and valency on the K-edge absorption near edge spectra of selected chromium compounds // Chemical Physics. 2004. Vol. 300. P. 13.Iztok Arcon, Andreja Bencan, Alojz Kodre, Marija Kosec. X-ray absorption spectroscopy analysis of Ru in La2RuO5 // X-Ray Spectrometry. 2007. Vol. 36. P. 301—304.Iztok Arcon, Andreja Bencan, Alojz Kodre, Marija Kosec. X-ray absorption spectroscopy analysis of Ru in La2RuO5 // X-Ray Spectrometry. 2007. Vol. 36. P. 301—304.Bearden J.A., Burr A.F. Reevaluation of X-Ray Atomic Energy Levels // Rev. Mod. Phys. 1967. Vol. 39. P. 125—142.Bearden J.A., Burr A.F. Reevaluation of X-Ray Atomic Energy Levels // Rev. Mod. Phys. 1967. Vol. 39. P. 125—142.Yoshida H., Nonoyama S., Yazawa Y., Hattori T. Quantitative Determination of Platinum Oxidation State by XANES Analysis // Physica Scripta. 2005. Vol. T. 115. P. 813—815.Yoshida H., Nonoyama S., Yazawa Y., Hattori T. Quantitative Determination of Platinum Oxidation State by XANES Analysis // Physica Scripta. 2005. Vol. T. 115. P. 813—815.Matthew D. Hall, Garry J. Foran, Mei Zhang, Philip J. Beale, Trevor W. Hambley. XANES Determination of the Platinum Oxidation State Distribution in Cancer Cells Treated with Platinum(IV) Anticancer Agents // J. Am. Chem. Soc. 2003. Vol. 125. P. 7524—7525.Matthew D. Hall, Garry J. Foran, Mei Zhang, Philip J. Beale, Trevor W. Hambley. XANES Determination of the Platinum Oxidation State Distribution in Cancer Cells Treated with Platinum(IV) Anticancer Agents // J. Am. Chem. Soc. 2003. Vol. 125. P. 7524—7525.Bera P., Priolkar K.R., Gayen A., Sarode P.R., Hegde M.S., Emura S., Kumashiro R., Jayaram V., Subbanna G.N. Ionic Dispersion of Pt over CeO2 by the Combustion Method: Structural Investigation by XRD, TEM, XPS, and EXAFS // Chem. Mater. 2003. Vol. 15. P. 2049—2060.Bera P., Priolkar K.R., Gayen A., Sarode P.R., Hegde M.S., Emura S., Kumashiro R., Jayaram V., Subbanna G.N. Ionic Dispersion of Pt over CeO2 by the Combustion Method: Structural Investigation by XRD, TEM, XPS, and EXAFS // Chem. Mater. 2003. Vol. 15. P. 2049—2060.Takeguchi T., Manabe S., Kikuchi R., Eguchi K., Kanazawa T., Matsumoto S., Ueda W. Determination of dispersion of precious metals on CeO2-containing supports // Applied Catalysis A: General. 2005. Vol. 293. P. 91—96.Takeguchi T., Manabe S., Kikuchi R., Eguchi K., Kanazawa T., Matsumoto S., Ueda W. Determination of dispersion of precious metals on CeO2-containing supports // Applied Catalysis A: General. 2005. Vol. 293. P. 91—96.Гуляев Р.В. Взаимодействие палладия с поверхностью церий-содержащих носителей и роль поверхностных фаз в реакции окисления СО// Автореф. дис. … канд. хим. наук. Новосибирск, 2010.Гуляев Р.В. Взаимодействие палладия с поверхностью церий-содержащих носителей и роль поверхностных фаз в реакции окисления СО// Автореф. дис. … канд. хим. наук. Новосибирск, 2010.Vargas E., Simakov A., Rangel R., Castillуn F. CO oxidation over Ce-Ru-O catalysts // 20th North American Catalysis Meeting. Houston. Texas. 2007.Vargas E., Simakov A., Rangel R., Castillуn F. CO oxidation over Ce-Ru-O catalysts // 20th North American Catalysis Meeting. Houston. Texas. 2007.Singh P., Hegde M.S. Ce1–xRuxO2–д (x = 0.05, 0.10): A New High Oxygen Storage Material and Pt, Pd-Free Three-Way Catalyst // Chem. Mater. 2009. Vol. 21. P. 3337.Singh P., Hegde M.S. Ce1–xRuxO2–д (x = 0.05, 0.10): A New High Oxygen Storage Material and Pt, Pd-Free Three-Way Catalyst // Chem. Mater. 2009. Vol. 21. P. 3337.Hosokawa S., Taniguchi M., Utani K., Kanai H., Imamura S. Affnity order among noble metals and CeO2 // Applied Catalysis A: General. 2005. Vol. 289. P. 115—120.Hosokawa S., Taniguchi M., Utani K., Kanai H., Imamura S. Affnity order among noble metals and CeO2 // Applied Catalysis A: General. 2005. Vol. 289. P. 115—120.Ауад С., Сааб Е., Аби-Афд Е., Абукаис А. Окисление сажи и летучих органических веществ на рутенийцериевых катализаторах // Кинетика и катализ. 2007. Т. 48. № 6. С. 893—898.Ауад С., Сааб Е., Аби-Афд Е., Абукаис А. Окисление сажи и летучих органических веществ на рутенийцериевых катализаторах // Кинетика и катализ. 2007. Т. 48. № 6. С. 893—898.Aouad S., Abi-Aad E., Aboukais A. Simultaneous oxidation of carbon black and volatile organic compounds over Ru/CeO2 catalysts // Appl. Catal. B: Environmental. 2009. Vol. 88. P. 249.Aouad S., Abi-Aad E., Aboukais A. Simultaneous oxidation of carbon black and volatile organic compounds over Ru/CeO2 catalysts // Appl. Catal. B: Environmental. 2009. Vol. 88. P. 249.Залетова Н.В., Туракулова А.О., Кунцев C.В., Лунин В.В. // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2009. Т. 50. № 1. С. 3.Залетова Н.В., Туракулова А.О., Кунцев C.В., Лунин В.В. // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2009. Т. 50. № 1. С. 3.

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