catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2017-4-315-323catal-427Research ArticleОТЕЧЕСТВЕННЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫDOMESTIC CATALYSTИсследование физико-химических и каталитических свойств смешанных оксидов CuO-Fe2O3-Al2O3 в реакциях глубокого окисленияStudies of Physicochemical and Catalytic Properties of Mixed Oxide CuO-Fe2O3-Al2O3 for Reactions of Deep OxidationФедоровА. В.FedorovA. V.ctls@kalvis.ruЕрмаковД. Ю.ErmakovD. Yu.ctls@kalvis.ruКаичевВ. В.KaichevV. V.ctls@kalvis.ruБулавченкоО. А.BulavchenkoJ. A.ctls@kalvis.ruЯковлевВ. А.YakovlevV. A.ctls@kalvis.ruИнститут катализа СО РАН (ИК СО РАН), Новосибирск; Новосибирский государственный университет (НГУ)РоссияBoreskov Institute of Catalysis, Novosibirsk; Novosibirsk State UniversityRussian FederationИнститут катализа СО РАН (ИК СО РАН), НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis, NovosibirskRussian Federation201720072017174315323Copyright © LLC "KALVIS", 20172017LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/427

С целью разработки более дешевого и экологически безопасного катализатора, чем промышленный ЩКЗ-1, исследованы CuO-Fe2O3-Al2O3 катализаторы, полученные методом сплавления солей нитратов. Смешанные оксиды исследованы комплексом физико-химических методов (РФА, РФЭС, ТПВ, низкотемпературная адсорбция азота). Проведено испытание катализаторов в реакциях глубокого окисления CO и CH4 на проточной и проточно-циркуляционной установках. Показано, что зависимость активности катализаторов Fe2O3-Al2O3 в реакциях окисления CO и метана от состава катализатора имеет максимум при содержании оксида алюминия ≈18 %. Исследование CuO-Fe2O3-Al2O3 катализаторов показало, что увеличение содержания оксида меди повышает активность катализаторов в реакции окисления CO, при этом наблюдается корреляция активности с поверхностной концентрацией меди. Прокаливание катализатора CuO-Fe2O3-Al2O3 при 800 °С в течение 5 ч приводит к снижению каталитической активности в окислении CO, что обусловлено как уменьшением общей удельной площади поверхности катализатора, так и образованием менее активных в реакции глубокого окисления фаз. Тем не менее по активности прокаленный катализатор CuO-Fe2O3-Al2O3 в реакции окисления CO соответствует уровню промышленного хромсодержащего катализатора ЩКЗ-1 (CuCr2O4/Al2O3).

 

The studies were aimed at developing a less expensive and environmentally friendly catalyst than the currently used industrial catalyst CuCr2O4/Al2O3. CuO-Fe2O3-Al2O3 systems prepared by fusing the nitrate salts were examined. The mixed oxides were characterized using a set of physicochemical techniques (XRD, XPS, TPR, low-temperature nitrogen adsorption). The catalysts were tested in the reactions of deep oxidationof CO and CH4 in a flow and circulating flow reactors. The dependence of the activity of Fe2O3-Al2O3 to oxidation of CO and methane was shown to go through maximum at ca. 18 % of the alumina content. With CuO-Fe2O3-Al2O3 catalysts, an increase in the copper oxide proportion led to an increase in the catalyst activity to oxidation of CO, there being correlation between the activity and the surface copper concentration. Calcination of CuO-Fe2O3-Al2O3 at 800 °C for 5 hours resulted in a decrease in the catalytic activity to oxidation of CO due to a decrease in the total specific surface area of the catalyst and to the formation of the phases which are less active to the deep oxidation. Nevertheless, the calcined catalyst CuO-Fe2O3-Al2O3 competes well with the industrial chromium-containing catalyst CuCr2O4/Al2O3.

гетерогенные катализаторыокисление COглубокое окисление метанаоксид железаоксид медиheterogeneous catalystsoxidation of COdeep oxidation of methaneiron oxidecopper oxideReferencesСимонов А.Д., Федоров И.А., Дубинин Ю.В., Языков Н.А., Яковлев В.А., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2012. № 3. С. 50—57.Симонов А.Д., Федоров И.А., Дубинин Ю.В., Языков Н.А., Яковлев В.А., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2012. № 3. С. 50—57.Симонов А.Д., Языков Н.А., Ведякин П.И., Лавров Г.А., Пармон В.Н. // Химия в интересах устойчивого развития. 2001. № 1. С. 97—104.Симонов А.Д., Языков Н.А., Ведякин П.И., Лавров Г.А., Пармон В.Н. // Химия в интересах устойчивого развития. 2001. № 1. С. 97—104.Пармон В.Н., Симонов А.Д., Садыков В.А., Тихов С.Ф. // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51. № 2. С. 5—13.Пармон В.Н., Симонов А.Д., Садыков В.А., Тихов С.Ф. // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51. № 2. С. 5—13.Prasad R., Kennedy L.A., Ruckenstein E. // Catalysis Reviews. 1984. Vol. 26. N 1. P. 1—58.Prasad R., Kennedy L.A., Ruckenstein E. // Catalysis Reviews. 1984. Vol. 26. N 1. P. 1—58.Zwinkels M.F.M., Järås S.G., Menon P.G., Griffin T.A. // Catalysis Reviews. 1993. Vol. 35. N 3. P. 319—358.Zwinkels M.F.M., Järås S.G., Menon P.G., Griffin T.A. // Catalysis Reviews. 1993. Vol. 35. N 3. P. 319—358.Ding J., Zhong Q., Zhang S., Cai W. // Journal of Hazardous Materials. 2015. Vol. 283. P. 633—642.Ding J., Zhong Q., Zhang S., Cai W. // Journal of Hazardous Materials. 2015. Vol. 283. P. 633—642.Gao Z.-F., Wu Z.-J., Liu W.-M. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2016. Vol. 4. N 2. P. 1653—1663.Gao Z.-F., Wu Z.-J., Liu W.-M. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2016. Vol. 4. N 2. P. 1653—1663.Lin C., Qin W., Dong C. // Chemical Engineering Journal. 2016. Vol. 301. P. 257—265.Lin C., Qin W., Dong C. // Chemical Engineering Journal. 2016. Vol. 301. P. 257—265.Meng T., Xie P., Qin H., Liu H., Hua W., Li X., Ma Z. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2016. Vol. 421. P. 109—116.Meng T., Xie P., Qin H., Liu H., Hua W., Li X., Ma Z. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2016. Vol. 421. P. 109—116.Кругляков В.Ю. // Дис. … канд. техн. наук: 2010., 107 c.Кругляков В.Ю. // Дис. … канд. техн. наук: 2010., 107 c.Федоров А.В., Языков Н.А., Ермаков Д.Ю., Каичев В.В., Симонов А.Д., Яковлев В.А. // Катализ в промышленности. 2015. Т. 15. № 2. С. 61—67.Федоров А.В., Языков Н.А., Ермаков Д.Ю., Каичев В.В., Симонов А.Д., Яковлев В.А. // Катализ в промышленности. 2015. Т. 15. № 2. С. 61—67.Wagloehner S., Kureti S. // Applied Catalysis B: Environmental. 2012. Vol. 125. P. 158—165.Wagloehner S., Kureti S. // Applied Catalysis B: Environmental. 2012. Vol. 125. P. 158—165.Amini E., Rezaei M., Sadeghinia M. // Chinese Journal of Catalysis. 2013. Vol. 34. N 9. P. 1762—1767. 14. Васенин Н.Т., Федорова А.А., Ануфриенко В.Ф., Ларина Т. В., Морозов И.В., Паукштис Е.А., Исмагилов З.Р. // Журнал физической химии. 2005. Т. 79. № 8. С. 1417—1423.Amini E., Rezaei M., Sadeghinia M. // Chinese Journal of Catalysis. 2013. Vol. 34. N 9. P. 1762—1767. 14. Васенин Н.Т., Федорова А.А., Ануфриенко В.Ф., Ларина Т. В., Морозов И.В., Паукштис Е.А., Исмагилов З.Р. // Журнал физической химии. 2005. Т. 79. № 8. С. 1417—1423.Морозов И.В., Любушкин Р.А., Федорова А.А., Петров М.Н., Бурдейная Т.Н., Третьяков В.Ф. // Кинетика и катализ. 2006. Т. 47. № 1. С. 40—44.Морозов И.В., Любушкин Р.А., Федорова А.А., Петров М.Н., Бурдейная Т.Н., Третьяков В.Ф. // Кинетика и катализ. 2006. Т. 47. № 1. С. 40—44.Симонов А.Д., Языков Н.А. // Химическая промышленность. 1996. № 3. С. 191—197.Симонов А.Д., Языков Н.А. // Химическая промышленность. 1996. № 3. С. 191—197.Patterson A.L. // Physical Review. 1939. Vol. 56. N 10. P. 978—982.Patterson A.L. // Physical Review. 1939. Vol. 56. N 10. P. 978—982.Пахаруков И.Ю., Бобров Н.Н., Пармон В.Н. // Катализ в химической и нефтехимической промышленности. 2008. Т. 6. С. 11—16.Пахаруков И.Ю., Бобров Н.Н., Пармон В.Н. // Катализ в химической и нефтехимической промышленности. 2008. Т. 6. С. 11—16.Бобров Н.Н. Промышленный катализ в лекциях. М.: Калвис: 2006.Бобров Н.Н. Промышленный катализ в лекциях. М.: Калвис: 2006.Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. 1991.Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. 1991.Cao J.-L., Wang Н., Yu X.-L., Wang S.-R., Wu S.-H., Yuan Z.-Y. // Applied Catalysis B: Environmental. 2008. Vol. 79. P. 26—34.Cao J.-L., Wang Н., Yu X.-L., Wang S.-R., Wu S.-H., Yuan Z.-Y. // Applied Catalysis B: Environmental. 2008. Vol. 79. P. 26—34.El-Shobaky H.G., Fahmy Y.M. // Materials Research Bulletin. 2006. Vol. 41. P. 1701—1713.El-Shobaky H.G., Fahmy Y.M. // Materials Research Bulletin. 2006. Vol. 41. P. 1701—1713.Halim K.S.A., Ismail A.M., Khedr M.H., Abadir M.F. // Topics in Catalysis. 2008. Vol. 47. P. 66—72.Halim K.S.A., Ismail A.M., Khedr M.H., Abadir M.F. // Topics in Catalysis. 2008. Vol. 47. P. 66—72.Iamarino M., Chirone R., Lisi L., Pirone R., Salatino P., Russo G. // Catalysis Today. 2002. Vol. 75. P. 317—324.Iamarino M., Chirone R., Lisi L., Pirone R., Salatino P., Russo G. // Catalysis Today. 2002. Vol. 75. P. 317—324.Luo M.-F., Fang P., He M., Xie Y.-L. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2005. Vol. 239. P. 243—248.Luo M.-F., Fang P., He M., Xie Y.-L. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2005. Vol. 239. P. 243—248.Cao J.-L., Wang Y., Yu X.-L., Wang S.-R., Wu S.-H., Yuan Z.-Y. // Applied Catalysis B: Environmental. 2008. V. 79. N 1. P. 26—34.Cao J.-L., Wang Y., Yu X.-L., Wang S.-R., Wu S.-H., Yuan Z.-Y. // Applied Catalysis B: Environmental. 2008. V. 79. N 1. P. 26—34.Litt G., Almquist C. // Applied Catalysis B: Environmental. 2009. V. 90. N 1—2. P. 10—17.Litt G., Almquist C. // Applied Catalysis B: Environmental. 2009. V. 90. N 1—2. P. 10—17.Águila G., Gracia F., Cortés J., Araya P. // Applied Catalysis B: Environmental. 2008. V. 77. N 3—4. P. 325—338.Águila G., Gracia F., Cortés J., Araya P. // Applied Catalysis B: Environmental. 2008. V. 77. N 3—4. P. 325—338.Lin X., Li R., Zhang Y., Zhan Y., Chen C., Zheng Q., Ma J. // International Journal of Hydrogen Energy. 2015. V. 40. N 4. P. 1735—1741.Lin X., Li R., Zhang Y., Zhan Y., Chen C., Zheng Q., Ma J. // International Journal of Hydrogen Energy. 2015. V. 40. N 4. P. 1735—1741.Zhu X., Tu X., Mei D., Zheng C., Zhou J., Gao X., Luo Z., Ni M., Cen K. // Chemosphere. 2016. V. 155. P. 9—17.Zhu X., Tu X., Mei D., Zheng C., Zhou J., Gao X., Luo Z., Ni M., Cen K. // Chemosphere. 2016. V. 155. P. 9—17.Luo M.-F., Fang P., He M., Xie Y.-L. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2005. V. 239. N 1—2. P. 243—248.Luo M.-F., Fang P., He M., Xie Y.-L. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2005. V. 239. N 1—2. P. 243—248.Scofield J.H. // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 1976. V. 8. N 2. P. 129—137.Scofield J.H. // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 1976. V. 8. N 2. P. 129—137.Боресков Г.К. Механизм катализа. Ч. 1. Природа каталитического действия. М.: Наука, 1984.Боресков Г.К. Механизм катализа. Ч. 1. Природа каталитического действия. М.: Наука, 1984.Алхазов Т.Г, Маголис Л.Я. Глубокое каталитическое окисление органических веществ. М.: Химия, 1985.Алхазов Т.Г, Маголис Л.Я. Глубокое каталитическое окисление органических веществ. М.: Химия, 1985.Андрушкевич Т.В., Поповский В.В., Боресков Г.К. // Кинетика и катализ. 1965. Т. 6 №. 5. С. 860—863.Андрушкевич Т.В., Поповский В.В., Боресков Г.К. // Кинетика и катализ. 1965. Т. 6 №. 5. С. 860—863.Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. М.: Наука, 1986.Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. М.: Наука, 1986.

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