catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2020-1-33-39catal-670Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYВлияние добавок двухзарядных ионов на активность и химическую устойчивость каталитически активных ферритов калияThe effect of doubly charged ion additives on the activity and chemical stability of catalytically active potassium ferritesАникановаЛ. Г.AnikanovaL. G.ctls@kalvis.ruДворецкийН. В.DvoretskiiN. V.ctls@kalvis.ruЯрославский государственный технический университетРоссияYaroslavl State Technical UniversityRussian Federation2020220120202013339Copyright © LLC "KALVIS", 20202020LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/670

С целью выяснения влияния размера двухзарядного иона легирующей добавки на каталитические свойства были синтезированы образцы полиферритов калия со структурой β′′-глинозема состава K2FeII1–qMqFeIII 10O17, где M – Mg, Zn, и K2–2qFeIIMqFeIII 10O17, где M – Ca, Sr, q = 0÷0,4. Определен механизм воздействия добавок двухзарядных катионов на активность, селективность действия и коррозионную стойкость β′′-полиферрита калия. Впервые показано, что в зависимости от размера двухзарядные катионы по-разному размещаются в структуре β′′-полиферрита: либо входят в шпинелеподобный блок и замещают ионы Fe2+, либо замещают калий в межблочном пространстве. Добавки ионов Mg2+ и Zn2+ резко снижают каталитическую активность и селективность действия β′′-полиферрита. Использование таких добавок нежелательно. Малые количества катионов Ca2+ и Sr2+ значительно увеличивают коррозионную стойкость катализатора за счет снижения подвижности ионов калия в пределах катионпроводящего слоя.

To reveal the effect of the dopant doubly charged ion size on the catalytic properties, samples of potassium polyferrites of β′′-alumina type with the composition K2FeII1-q MqFeIII 10O17, where M = Mg, Zn, and K2–2qFeIIMqFeIII 10O17, where M = Ca, Sr, and q = 0.4, were synthesized. The mechanism of action of the introduced doubly charged cations on the activity, selectivity and corrosion resistance of potassium β′′-polyferrite was elucidated. It was shown for the first time that the size of doubly charged cations determines their position in the structure of β′′-polyferrite: they either enter the spinel-like moiety and substitute Fe2+ ions, or substitute potassium in the intermoiety space. The introduction of Mg2+ and Zn2+ ions dramatically reduces the catalytic activity and selectivity of β′′-polyferrite. The application of such additives is undesirable. Small amounts of Ca2+ and Sr2+ cations significantly improve the corrosion resistance of the catalyst by decreasing the mobility of potassium ions within the cation-conducting layer.

полиферриты калиякатализатордобавкидвухзарядные катионыактивностьселективноськоррозионная стойкостьpotassium polyferritescatalystadditivesdoubly charged cationsactivityselectivitycorrosion resistanceReferencesMeima G., Menon P. // Applied Catalysis A: General. 2001. V. 212. P. 239-245.Meima G., Menon P. // Applied Catalysis A: General. 2001. V. 212. P. 239-245.Дворецкий Н.В., Юн В.В., Котельников Г.Р. и др. // Известия Вузов. Химия и хим.технология. 1990. Т. 33. № 8. С. 3–9.Дворецкий Н.В., Юн В.В., Котельников Г.Р. и др. // Известия Вузов. Химия и хим.технология. 1990. Т. 33. № 8. С. 3–9.Дворецкий Н.В., Степанов Е.Г., Юн В.В. // Известия АН СССР. Неорганические материалы. 1991. Т. 27. № 6. С. 1265–1268.Дворецкий Н.В., Степанов Е.Г., Юн В.В. // Известия АН СССР. Неорганические материалы. 1991. Т. 27. № 6. С. 1265–1268.Ламберов А.А., Х.Х. Гильманов. Модернизация катализаторов и технологии синтеза изопрена на ОАО «Нижнекамскнефтехим» / Казань:Изд.-во Казанского (Приволжского) федерального университета, 2012. 404 с.Ламберов А.А., Х.Х. Гильманов. Модернизация катализаторов и технологии синтеза изопрена на ОАО «Нижнекамскнефтехим» / Казань:Изд.-во Казанского (Приволжского) федерального университета, 2012. 404 с.Пат. РФ 2285560; опубл. 2006.Пат. РФ 2285560; опубл. 2006.Пат. РФ 2664124; опубл. 2018.Пат. РФ 2664124; опубл. 2018.Abe K., Kano Yu., Ohshima M., Kurokawa H., Miura H. // Journal of Japan Petroleum Institute. 2011. V. 54. № 5. P. 338–343.Abe K., Kano Yu., Ohshima M., Kurokawa H., Miura H. // Journal of Japan Petroleum Institute. 2011. V. 54. № 5. P. 338–343.Kano Yu., Ohshima M., Kurokawa H., Miura H. // Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis. 2013. V. 109. № 1. P. 29–41.Kano Yu., Ohshima M., Kurokawa H., Miura H. // Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis. 2013. V. 109. № 1. P. 29–41.Li Z., Shanks B.H. // Appl. Catalysis A: Gen. 2011. V. 405. № 1–2. P. 101–107.Li Z., Shanks B.H. // Appl. Catalysis A: Gen. 2011. V. 405. № 1–2. P. 101–107.Lamberov A.A., Gilmanov Kh.Kh., Dementeva E.V., Kuzmina O.V. // Catalysis in Industry. 2013. V. 5. № 1. P. 50–60.Lamberov A.A., Gilmanov Kh.Kh., Dementeva E.V., Kuzmina O.V. // Catalysis in Industry. 2013. V. 5. № 1. P. 50–60.Serafin I., Kotarba A., Grzywa M., Sojka Z., Bińczycka H., Kuśtrowski P. // Journal of Catalysis. 2006. V. 239. № 1. P. 137–144.Serafin I., Kotarba A., Grzywa M., Sojka Z., Bińczycka H., Kuśtrowski P. // Journal of Catalysis. 2006. V. 239. № 1. P. 137–144.Плясова Л.М., Андрушкевич М.М., Котельников Г.Р., Буянов Р.А., Храмова Г.А., Кустова Г.Н., Беднов С.Р. // Кинетика и катализ. 1976. Т. 17. Вып. 5. С. 1295–1302.Плясова Л.М., Андрушкевич М.М., Котельников Г.Р., Буянов Р.А., Храмова Г.А., Кустова Г.Н., Беднов С.Р. // Кинетика и катализ. 1976. Т. 17. Вып. 5. С. 1295–1302.Андрушкевич М.М., Плясова Л.М., Молчанов В.В., Буянов Р.А., Котельников Г.Р., Абрамов В.А. // Кинетика и катализ. 1978. Т. 19. Вып. 2. С. 422–427.Андрушкевич М.М., Плясова Л.М., Молчанов В.В., Буянов Р.А., Котельников Г.Р., Абрамов В.А. // Кинетика и катализ. 1978. Т. 19. Вып. 2. С. 422–427.Дворецкий Н.В., Аниканова Л.Г., Малышева З.Г. // Известия вузов. Химия и хим. технология. 2018. Т. 61. № 6. С. 61–68.Дворецкий Н.В., Аниканова Л.Г., Малышева З.Г. // Известия вузов. Химия и хим. технология. 2018. Т. 61. № 6. С. 61–68.Lee E.H. // Catalysis Reviews. 1973. V. 8. № 2. P. 285–305.Lee E.H. // Catalysis Reviews. 1973. V. 8. № 2. P. 285–305.Аниканова Л.Г., Дворецкий Н.В., Малышева З.Г. // Известия вузов. Химия и хим. технология. 2016. Т. 59. № 1. С. 23–26.Аниканова Л.Г., Дворецкий Н.В., Малышева З.Г. // Известия вузов. Химия и хим. технология. 2016. Т. 59. № 1. С. 23–26.Аниканова Л.Г., Дворецкий Н.В. // Катализ в промышленности. 2016. № 1. С. 29–36.Аниканова Л.Г., Дворецкий Н.В. // Катализ в промышленности. 2016. № 1. С. 29–36.Li K., Wang H., Wei Y., Liu M. // Journal of rare earths. 2008. V. 26. № 5. P 705–710.Li K., Wang H., Wei Y., Liu M. // Journal of rare earths. 2008. V. 26. № 5. P 705–710.Дворецкий Н.В., Аниканова Л.Г. // Известия вузов. Химия и хим. технология. 2011. Т. 54. № 9. С. 64–66.Дворецкий Н.В., Аниканова Л.Г. // Известия вузов. Химия и хим. технология. 2011. Т. 54. № 9. С. 64–66.Аниканова Л.Г., Дворецкий Н.В. // Катализ в промышленности. 2012. № 4. С. 18–23.Аниканова Л.Г., Дворецкий Н.В. // Катализ в промышленности. 2012. № 4. С. 18–23.Kotarba A., Rożek W., Serafin I., Sojka Z. // Journal of Catalysis. 2007. V. 247. № 2. P. 238–244.Kotarba A., Rożek W., Serafin I., Sojka Z. // Journal of Catalysis. 2007. V. 247. № 2. P. 238–244.Bieniasz W., Trębala M., Sojka Z., Kotarba A. // Catalysis Today. 2010. V. 154. № 3–4. P. 224–228.Bieniasz W., Trębala M., Sojka Z., Kotarba A. // Catalysis Today. 2010. V. 154. № 3–4. P. 224–228.Бугаенко Л.Т., Рябых С.М., Бугаенко А.Л. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2008. Т. 49. № 6. С. 363–384.Бугаенко Л.Т., Рябых С.М., Бугаенко А.Л. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2008. Т. 49. № 6. С. 363–384.Joseph Y, Ketteler G., Kuhrs C., Ranke W., Weiss W., Schlögl R. // Phys. Chem. Chem. Phys., 2001. V. 18. № 3. Р. 4141–4153.Joseph Y, Ketteler G., Kuhrs C., Ranke W., Weiss W., Schlögl R. // Phys. Chem. Chem. Phys., 2001. V. 18. № 3. Р. 4141–4153.

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