catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2019-3-206-218catal-619Research ArticleКАТАЛИЗ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫСATALYSIS AND ENVIRONMENT PROTECTIONМорфологические, структурные и каталитические свойства в окислении метана Pd-CeO2/Al2O3 композиций и покрытий на их основеMorphology, Structure and Catalytic Properties of Pd-CeO2/Al2O3 Catalysts for Methane Oxidation and Coats Based ThereonШикинаН. В.ShikinaN. V.ctls@kalvis.ruПодъячеваО. Ю.Pod’yachevaO. Yu.ctls@kalvis.ruИщенкоА. В.IshchenkoA. V.ctls@kalvis.ruХайрулинС. Р.KhairulinS. R.ctls@kalvis.ruТкаченкоТ. Б.TkachenkoT. B.ctls@kalvis.ruМорозА. А.MorozA. A.ctls@kalvis.ruИсмагиловЗ. Р.IsmagilovZ. R.ctls@kalvis.ruИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирск; Институт углехимии и химического материаловедения ФИЦ угля и углехимии СО РАН (ИУХМ СО РАН), КемеровоРоссияBoreskov Institute of Catalysis, Novosibirsk; Institute of Coal Chemistry and Material Science, KemerovoRussian FederationИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis, NovosibirskRussian FederationКемеровский государственный университет (КемГУ)РоссияKemerovo State UniversityRussian FederationИнститут углехимии и химического материаловедения ФИЦ угля и углехимии СО РАН (ИУХМ СО РАН), КемеровоРоссияInstitute of Coal Chemistry and Material Science, KemerovoRussian Federation201922052019193206218Copyright © LLC "KALVIS", 20192019LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/619

Исследованы морфологические и структурные свойства Pd-CeO2/Al2O3 каталитических композиций, прокаленных при 100; 500; 1000 °С, и покрытий на их основе, нанесенных методом холодного газодинамического напыления на металлическую фольгу. Установлено влияние метода приготовления исходной каталитической композиции и метода введения активных компонентов в покрытие на их фазовое состояние, размер частиц и активность в реакции окисления метана. Показано, что введение активных компонентов методом пропитки в предварительно напыленный слой оксида алюминия обеспечивает равномерное распределение Pd и Ce в профиле носителя, формирование наноразмерных частиц PdО и фазы взаимодействия между компонентами катализатора и носителя. Пропиточный катализатор демонстрирует наиболее высокую активность в реакции окисления метана. Метод приготовления покрытий не имеет ограничений при масштабировании и вследствие этого может найти широкое применение при изготовлении полноразмерных катализаторов на металлической фольге для различных типов энергетических устройств.

Morphologies and structures of catalytic compositions and coats based thereon were studied using Pd-CeO2/Al2O3 calcined at 100, 500, 1000 °C and the coats prepared by gas dynamic cold spraying onto a metal foil. It was established that the methods for preparation of the initial catalytic composition and for introduction of the active components to the coat influenced the phase composition, particle size and activity to oxidation of methane. The introduction of the active components by impregnation of the pre-deposited alumina layer was shown to provide the uniform distribution of Pd and Ce through the support profile, formation of nanosize PdO particles and of the interacting phases between the catalyst and support components. The impregnated catalyst was most active to oxidation of methane. The method for preparation of the coats has no limitations in scaling-up and, therefore, can be widely used for production of full-size catalysts on metal foils to be used for various energy devices.

каталитическое покрытиехолодное газодинамическое напылениеокисление метанаморфологияcatalytic coatgas dynamic cold sprayingmethane oxidationmorphologyReferencesПармон В.Н., Исмагилов З.Р., Фаворский О.Н., Белоконь А.А., Захаров В.М. // Вестник РАН. 2007. Т. 77. № 9. С. 819—830.Пармон В.Н., Исмагилов З.Р., Фаворский О.Н., Белоконь А.А., Захаров В.М. // Вестник РАН. 2007. Т. 77. № 9. С. 819—830.Chen J., Arandiyan H., Gao X., Li J. // Catal. Surv. Asia. 2015. V. 19. P. 140-171.Chen J., Arandiyan H., Gao X., Li J. // Catal. Surv. Asia. 2015. V. 19. P. 140-171.Schwartz W.R., Ciuparu D., Pfefferle L.D. // J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. № 15. P. 8587-8593.Schwartz W.R., Ciuparu D., Pfefferle L.D. // J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. № 15. P. 8587-8593.Banerjee A.C., McGuire J.M., Lawnick O., Bozack M.J. // Catalysts. 2018. V. 8. № 7. 266. doi: 10.3390/catal8070266.Banerjee A.C., McGuire J.M., Lawnick O., Bozack M.J. // Catalysts. 2018. V. 8. № 7. 266. doi: 10.3390/catal8070266.Dalla Betta R.A., Rostrup-Nielsen T. // Catal. Today. 1999. V. 47. № 1-4. P. 369-375.Dalla Betta R.A., Rostrup-Nielsen T. // Catal. Today. 1999. V. 47. № 1-4. P. 369-375.Choi J-S., Koči P. // Catalysts. 2016. V. 6. № 10. 155. doi:10.3390/catal6100155.Choi J-S., Koči P. // Catalysts. 2016. V. 6. № 10. 155. doi:10.3390/catal6100155.Heck R.M., Farrauto R.J., Gulati S.T. Catalytic air pollution control. Commercial technology. Hoboken, New Jersey: «A John Wiley & Sons, Inc. Publication», 2009. 522 p.Heck R.M., Farrauto R.J., Gulati S.T. Catalytic air pollution control. Commercial technology. Hoboken, New Jersey: «A John Wiley & Sons, Inc. Publication», 2009. 522 p.Ciuparu D., Lyubovsky M.R., Altman E., Pfefferle L.D., Datye A. // Catal. Rev. 2002. V. 44. № 4. P. 593-649.Ciuparu D., Lyubovsky M.R., Altman E., Pfefferle L.D., Datye A. // Catal. Rev. 2002. V. 44. № 4. P. 593-649.Vatcha S.R. // Energy Convers. Manage. 1997. V. 38. № 10-13. P. 1327-1334.Vatcha S.R. // Energy Convers. Manage. 1997. V. 38. № 10-13. P. 1327-1334.Pfefferle, W.C. // J. Energy. 1978. V. 2. № 3. P. 142-146.Pfefferle, W.C. // J. Energy. 1978. V. 2. № 3. P. 142-146.Ismagilov Z.R., Shikina N.V., Yashnik S.A., Zagoruiko A.N., Kerzhentsev M.A., Ushakov V.A., Sazonov V.A., Parmon V.N., Zakharov V.M., Braynin B.I., Favorskii O.N. // Catal. Today. 2010. V. 155. № 1-2. P. 35-44.Ismagilov Z.R., Shikina N.V., Yashnik S.A., Zagoruiko A.N., Kerzhentsev M.A., Ushakov V.A., Sazonov V.A., Parmon V.N., Zakharov V.M., Braynin B.I., Favorskii O.N. // Catal. Today. 2010. V. 155. № 1-2. P. 35-44.Kuper W.J., Blaauw M., Van der Berg F., Graaf G.H. // Catal. Today. 1999. V. 47. № 1-4. P. 377-389.Kuper W.J., Blaauw M., Van der Berg F., Graaf G.H. // Catal. Today. 1999. V. 47. № 1-4. P. 377-389.Ismagilov Z.R. // React. Kinet. Catal. Lett. 1997. V. 60. № 2. P. 215-218.Ismagilov Z.R. // React. Kinet. Catal. Lett. 1997. V. 60. № 2. P. 215-218.Isupova L.A., Sadykov V.A., Tikhov S.F., Kimkhai O.N., Kovalenko O.N., Kustova G.N., Ovsyannikova I.A., Dovbii Z.A., Kryukova G.N., Rozovskii A.Ya., Tretyakov V.F., Lunin V.V. // Catal. Today. 1996. V. 27. № 1-2. P. 249-256.Isupova L.A., Sadykov V.A., Tikhov S.F., Kimkhai O.N., Kovalenko O.N., Kustova G.N., Ovsyannikova I.A., Dovbii Z.A., Kryukova G.N., Rozovskii A.Ya., Tretyakov V.F., Lunin V.V. // Catal. Today. 1996. V. 27. № 1-2. P. 249-256.Matsumoto S. // Catal. Today. 2004. V. 90. № 3-4. P. 183-190.Matsumoto S. // Catal. Today. 2004. V. 90. № 3-4. P. 183-190.Ismagilov Z.R., Yashnik S.A., Matveev A.A., Koptyug I.V., Moulijn J.A. // Catal. Today. 2005. V. 105. № 3-4. P. 484-491.Ismagilov Z.R., Yashnik S.A., Matveev A.A., Koptyug I.V., Moulijn J.A. // Catal. Today. 2005. V. 105. № 3-4. P. 484-491.Яшник С.А., Андриевская И.П., Пашке О.В., Исмагилов З.Р., Муляйн Я.А. // Катализ в промышленности. 2007. № 1. С. 35—46.Яшник С.А., Андриевская И.П., Пашке О.В., Исмагилов З.Р., Муляйн Я.А. // Катализ в промышленности. 2007. № 1. С. 35—46.Бальжинимаев Б.С., Сукнёв А.П., Гуляева Ю.К., Ковалев Е.В. // Катализ в промышленности. 2015. № 4. С. 22—29.Бальжинимаев Б.С., Сукнёв А.П., Гуляева Ю.К., Ковалев Е.В. // Катализ в промышленности. 2015. № 4. С. 22—29.Pinaeva L.G., Dovlitova L.S., Isupova L.A. // Kinet. Catal. 2017. V. 58. № 2. P. 167-178.Pinaeva L.G., Dovlitova L.S., Isupova L.A. // Kinet. Catal. 2017. V. 58. № 2. P. 167-178.Qu Z., Wang Z., Qua X., Wang H., Shu Y. // Chem. Eng. J. 2013. V. 233. P. 233-241.Qu Z., Wang Z., Qua X., Wang H., Shu Y. // Chem. Eng. J. 2013. V. 233. P. 233-241.Zhu A., Zhou Y., Wang Y., Zhu Q., Liu H., Zhang Z., Lu H. // J. Rare Earths. 2018. V. 36. № 12. P. 1272-1277.Zhu A., Zhou Y., Wang Y., Zhu Q., Liu H., Zhang Z., Lu H. // J. Rare Earths. 2018. V. 36. № 12. P. 1272-1277.Forzatti P., Ballardini D., Sighicelli L. // Catal. Today. 1998. V. 41. № 1-3. P. 87-94.Forzatti P., Ballardini D., Sighicelli L. // Catal. Today. 1998. V. 41. № 1-3. P. 87-94.Pratt A.S., Cairns J.A. // Platinum Met. Rev. 1977. V. 21. № 3. P. 74-83.Pratt A.S., Cairns J.A. // Platinum Met. Rev. 1977. V. 21. № 3. P. 74-83.Smith R. W., Mutasim Z.Z. // J. Therm. Spray Technol. 1992. V. 1. № 1. P. 57-63.Smith R. W., Mutasim Z.Z. // J. Therm. Spray Technol. 1992. V. 1. № 1. P. 57-63.Ismagilov Z.R., Podyacheva O.Yu., Solonenko O.P., Pushkarev V.V., Kuz'min V.I., Ushakov V.A., Rudina N.A. // Catal. Today. 1999. V. 51. № 3-4. P. 411-417.Ismagilov Z.R., Podyacheva O.Yu., Solonenko O.P., Pushkarev V.V., Kuz'min V.I., Ushakov V.A., Rudina N.A. // Catal. Today. 1999. V. 51. № 3-4. P. 411-417.U.S. patent 5 302 414, 1994.U.S. patent 5 302 414, 1994.Shikina N., Podyacheva O., Kosarev V., Ismagilov Z. // Mater. Manuf. Processes. 2016. V. 31. № 11. P. 1521-1526.Shikina N., Podyacheva O., Kosarev V., Ismagilov Z. // Mater. Manuf. Processes. 2016. V. 31. № 11. P. 1521-1526.Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Папырин А.Н. // ДАН. 1990. Т. 315. № 4. С. 1062—1065.Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Папырин А.Н. // ДАН. 1990. Т. 315. № 4. С. 1062—1065.Mayernick A.D., Janik M.J. // J. Catal. 2011. V. 278. № 1. P. 16-25.Mayernick A.D., Janik M.J. // J. Catal. 2011. V. 278. № 1. P. 16-25.Xiao L-H., Sun K.R., Xu X.L., Li X.N. // Catal. Commun. 2005. V. 6. № 12. P. 796-801.Xiao L-H., Sun K.R., Xu X.L., Li X.N. // Catal. Commun. 2005. V. 6. № 12. P. 796-801.Colussi S., Gayen A., F.M. Camellone, Boaro M., Llorca J., Fabris S., Trovarelli A. // Angew. Chem. Int. Ed. 2009. V. 48. № 45. P. 8481-8484.Colussi S., Gayen A., F.M. Camellone, Boaro M., Llorca J., Fabris S., Trovarelli A. // Angew. Chem. Int. Ed. 2009. V. 48. № 45. P. 8481-8484.Gulyaev R.V., Kardash T.Y., Malykhin S.E., Stonkus O.A., Ivanova A.S., Boronin A.I. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2014. V. 16. № 26. P. 13523-13539.Gulyaev R.V., Kardash T.Y., Malykhin S.E., Stonkus O.A., Ivanova A.S., Boronin A.I. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2014. V. 16. № 26. P. 13523-13539.Wang N., Li S., Zong Y., Yao Q. // J. Aerosol Sci. 2017. V. 105. P. 64-72.Wang N., Li S., Zong Y., Yao Q. // J. Aerosol Sci. 2017. V. 105. P. 64-72.Lei Y., Li W., Liu Q., Lin Q., Zheng X., Huang Q., Guan S., Wang X., Wang C., Li F. // Fuel. 2018. V. 233. P. 10-20.Lei Y., Li W., Liu Q., Lin Q., Zheng X., Huang Q., Guan S., Wang X., Wang C., Li F. // Fuel. 2018. V. 233. P. 10-20.Tsud N., Veltruská K., Matolín V. // Surf. Sci. 2002. V. 507-510. P. 808—812.Tsud N., Veltruská K., Matolín V. // Surf. Sci. 2002. V. 507-510. P. 808—812.Sun K., Liu J., Nag N., Browning N.D. // Catal. Lett. 2002. V. 84 № 3-4. P. 193-199.Sun K., Liu J., Nag N., Browning N.D. // Catal. Lett. 2002. V. 84 № 3-4. P. 193-199.

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