catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2020-5-335-343catal-713Research ArticleОБЩИЕ ВОПРОСЫ КАТАЛИЗАGENERAL PROBLEMS OF CATALYSISВарьирование условий осаждения и старения ZrO2•nH2O как способ регулирования фазового состава и текстуры ZrO2Variation of Conditions of ZrO2•nH2O Precipitation and Aging as a Method for Controlling the Phase Composition and Texture of ZrO2ОмаровШ. О.OmarovSh. O.ctls@kalvis.ruПахомовН. А.PakhomovN. A.ctls@kalvis.ruСанкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (СПбГТИ (ТУ)); Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН), Санкт-ПетербургРоссияSaint-Petersburg State Institute of Technology (Technical University); Ioffe Physico-Technical Institute RAS, Saint-PetersburgRussian FederationСанкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (СПбГТИ (ТУ))РоссияSaint-Petersburg State Institute of Technology (Technical University)Russian Federation202028092020205335343Copyright © LLC "KALVIS", 20202020LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/713

В данной работе исследовано влияние способа осаждения, температуры и длительности старения ZrO2·nH2O на пористую структуру, фазовый состав и термические превращения ZrO2·nH2O и ZrO2. Установлено, что изменение способа осаждения позволяет изменять удельную площадь поверхности, объем и средний размер пор ZrO2·nH2O и ZrO2, повышать вклад мезопор в пористое пространство ZrO2·nH2O, а также изменять размер частиц ZrO2. Показано, что при повышении температуры старения ZrO2·nH2O происходит сильное развитие мезопористой структуры, увеличение удельной поверхности ZrO2·nH2O и ZrO2, а также уменьшение размера частиц ZrO2. В то же время отмечается немонотонное изменение соотношения фаз ZrO2 при увеличении длительности старения. Подбор условий осаждения и старения позволяет в 2 раза повысить объем пор ZrO2 по сравнению с сульфатциркониевым катализатором изомеризации, а также повысить площадь поверхности без введения дополнительных компонентов. Наилучшие характеристики пористой структуры ZrO2: Sуд = 140 м2/г, Vпор = 0,404 см3/г – ддостигаются в ходе осаждения при постоянном pH и последующем состаривании ZrO2·nH2O при 90 °С в течение 12 ч.

The effect exerted by precipitation method, temperature and duration of ZrO2·nH2O aging on the porous texture, phase composition and thermal transformations of ZrO2·nH2O and ZrO2 has been studied. It was found that variation of precipitation method makes it possible to change the specific surface area, volume and mean pore size of ZrO2·nH2O and ZrO2, increase the contribution of mesopores to the pore space of ZrO2·nH2O, and alter the particle size of ZrO2. An increase in the aging temperature of ZrO2·nH2O led to a considerable development of the mesoporous structure, an increase in the specific surface area of ZrO2·nH2O and ZrO2, and a decrease in the ZrO2 particle size. However, the ratio of ZrO2 phases changed non-monotonically with extending the aging time. Selection of precipitation and aging conditions provided a twofold increase in the pore volume of ZrO2 as compared to the sulfated zirconia isomerization catalyst and allowed extending the surface area without the introduction of additional components. The best characteristics of the ZrO2 pore structure – Ssp = 140 m2/g and Vpore = 0.404 cm3/g – are achieved when precipitation is performed at a constant pH and is followed by ZrO2·nH2O aging at 90 °С for 12 h.

гидратированный диоксид цирконияосаждениестарениепористая структуратекстурафазовый составhydrated zirconiaprecipitationagingpore structurephase compositionstructuretextureReferencesУржунцев Г.А., Ечевский Г.В. // Катализ в промышленности. 2018. Т. 18. № 1. С. 60—66.Уржунцев Г.А., Ечевский Г.В. // Катализ в промышленности. 2018. Т. 18. № 1. С. 60—66.Бугрова Т.А., Мамонтов Г.В. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. № 2. С. 169—176.Бугрова Т.А., Мамонтов Г.В. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. № 2. С. 169—176.Otroshchenko T., Radnik J., Schneider M., Rodemerck U., Linke D., Kondratenko E.V. // Chem. Commun. 2016. V. 52. P. 8164—8167.Otroshchenko T., Radnik J., Schneider M., Rodemerck U., Linke D., Kondratenko E.V. // Chem. Commun. 2016. V. 52. P. 8164—8167.Abdullah B., Abd Ghani N.A., Vo D.-V.N. // J. Clean Prod. 2017. V. 162. P. 170—185.Abdullah B., Abd Ghani N.A., Vo D.-V.N. // J. Clean Prod. 2017. V. 162. P. 170—185.Charisiou N.D., Papageridis K.N., Siakavelas G., Tzounis L., Kousi K., Baker M.A., Hinder S.J., Sebastian V., Polychronopoulou K., Goula M.A. // Top. Catal. 2017. V. 60. № 15-16. P. 1226—1250.Charisiou N.D., Papageridis K.N., Siakavelas G., Tzounis L., Kousi K., Baker M.A., Hinder S.J., Sebastian V., Polychronopoulou K., Goula M.A. // Top. Catal. 2017. V. 60. № 15-16. P. 1226—1250.Omarov Sh.O., Vlasov E.A., Sladkovskiy D.A., Semikin K.V., Matveyeva A.N., Fedorov S.P., Oganesyan G.V., Murzin D.Yu. // Appl. Catal. B. 2018. V. 230. P. 246—259.Omarov Sh.O., Vlasov E.A., Sladkovskiy D.A., Semikin K.V., Matveyeva A.N., Fedorov S.P., Oganesyan G.V., Murzin D.Yu. // Appl. Catal. B. 2018. V. 230. P. 246—259.Лавренов А.В., Перелевский Е.В., Финевич В.П., Зайковский В.И., Паукштис Е.А., Дуплякин В.К., Бальжинимаев Б.С. // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. № 4. С. 570—578.Лавренов А.В., Перелевский Е.В., Финевич В.П., Зайковский В.И., Паукштис Е.А., Дуплякин В.К., Бальжинимаев Б.С. // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. № 4. С. 570—578.Smirnova M.Yu., Toktarev A.V., Ayupov A.B., Echevsky G.V. // Catal. Tod. 2010. V. 152. № 1-4. P. 17—23.Smirnova M.Yu., Toktarev A.V., Ayupov A.B., Echevsky G.V. // Catal. Tod. 2010. V. 152. № 1-4. P. 17—23.Карпова Т.Р., Булучевский Е.А., Лавренов А.В., Леонтьева Н.Н., Гуляева Т.И., Савельева Г.Г. // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Химия. 2012. Т. 5. № 4. С. 376—387.Карпова Т.Р., Булучевский Е.А., Лавренов А.В., Леонтьева Н.Н., Гуляева Т.И., Савельева Г.Г. // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Химия. 2012. Т. 5. № 4. С. 376—387.Breysse M., Afanasiev P., Geantet C., Vrinat M. // Catal. Tod. 2003. V. 86. № 1-4. P. 5—16.Breysse M., Afanasiev P., Geantet C., Vrinat M. // Catal. Tod. 2003. V. 86. № 1-4. P. 5—16.Иванова А.С., Мороз Э.М., Литвак Г.С. // Кинетика и катализ. 1992. Т. 33. № 5-6. С. 1208—1214.Иванова А.С., Мороз Э.М., Литвак Г.С. // Кинетика и катализ. 1992. Т. 33. № 5-6. С. 1208—1214.Иванова А.С., Федотов М.А., Литвак Г.С., Мороз Э.М. // Неорганические материалы. 2000. Т. 36. № 4. С. 440—446.Иванова А.С., Федотов М.А., Литвак Г.С., Мороз Э.М. // Неорганические материалы. 2000. Т. 36. № 4. С. 440—446.Charisiou N.D., Siakavelas G., Tzounis L., Dou B., Sebastian V., Hinder S.J., Baker M.A., Polychronopoulou K., Goula M.A. // Int. J. Hyd. Energ. 2020. V. 45. № 17. P. 10442—10460.Charisiou N.D., Siakavelas G., Tzounis L., Dou B., Sebastian V., Hinder S.J., Baker M.A., Polychronopoulou K., Goula M.A. // Int. J. Hyd. Energ. 2020. V. 45. № 17. P. 10442—10460.Nichele V., Signoretto M., Pinna F., Menegazzo F., Rossetti I., Cruciani G., Cerrato G., Di Michele A. // Appl. Catal. B. 2014. V. 150-151. P. 12—20.Nichele V., Signoretto M., Pinna F., Menegazzo F., Rossetti I., Cruciani G., Cerrato G., Di Michele A. // Appl. Catal. B. 2014. V. 150-151. P. 12—20.Смоликов М.Д., Шкуренок В.А., Яблокова С.С., Кирьянов Д.И., Паукштис Е.А., Леонтьева Н.Н., Белый А.С., Дроздов В.А. // Катализ в промышленности. 2016. Т. 16. № 5. С. 51—59.Смоликов М.Д., Шкуренок В.А., Яблокова С.С., Кирьянов Д.И., Паукштис Е.А., Леонтьева Н.Н., Белый А.С., Дроздов В.А. // Катализ в промышленности. 2016. Т. 16. № 5. С. 51—59.Иванова А.С. // Кинетика и катализ. 2012. Т. 56. № 4. С. 446—460.Иванова А.С. // Кинетика и катализ. 2012. Т. 56. № 4. С. 446—460.Matveyeva A.N., Pakhomov N.A., Murzin D.Yu. // Ind. Eng. Chem. Res. 2016. V. 55. № 34. P. 9101—9108.Matveyeva A.N., Pakhomov N.A., Murzin D.Yu. // Ind. Eng. Chem. Res. 2016. V. 55. № 34. P. 9101—9108.Bedilo A.F., Klabunde K.J. // J. Catal. 1998. V. 176. № 2. P. 448—458.Bedilo A.F., Klabunde K.J. // J. Catal. 1998. V. 176. № 2. P. 448—458.Yang P., Zhao D., Margolese D.I., Chmelka B.F., Stucky G.D. // Chem. Mater. 1999. V. 11. № 10. P. 2813—2826.Yang P., Zhao D., Margolese D.I., Chmelka B.F., Stucky G.D. // Chem. Mater. 1999. V. 11. № 10. P. 2813—2826.Urzhuntsev G.A., Ovchinnikova E.V., Chumachenko V.A. // Chem. Eng. J. 2014. V. 238. P. 148—156.Urzhuntsev G.A., Ovchinnikova E.V., Chumachenko V.A. // Chem. Eng. J. 2014. V. 238. P. 148—156.Tichit D., El Alami D., Figueras F. // Appl Catal. A. 1996. V. 145. № 1-2. P. 195—210.Tichit D., El Alami D., Figueras F. // Appl Catal. A. 1996. V. 145. № 1-2. P. 195—210.Chuah G.K., Jaenicke S., Pong B.K. // J. Catal. 1998. V. 175. № 1. P. 80—92.Chuah G.K., Jaenicke S., Pong B.K. // J. Catal. 1998. V. 175. № 1. P. 80—92.Chuah G.K., Jaenicke S., Cheong S.A., Chan K.S. // Appl. Catal. A. 1996. V. 145. № 1-2. P. 267—284.Chuah G.K., Jaenicke S., Cheong S.A., Chan K.S. // Appl. Catal. A. 1996. V. 145. № 1-2. P. 267—284.Гаврилов В.Ю., Зенковец Г.А. // Кинетика и катализ. 2000. Т. 41. № 4. С. 617—621.Гаврилов В.Ю., Зенковец Г.А. // Кинетика и катализ. 2000. Т. 41. № 4. С. 617—621.Thommes M., Kanenko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing S.W. // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. P. 1051—1069.Thommes M., Kanenko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing S.W. // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. P. 1051—1069.Toraya H., Yoshimura M., Somiya S. // J. Am. Chem. Soc. 1984. V. 67. № 6. P. 119—121.Toraya H., Yoshimura M., Somiya S. // J. Am. Chem. Soc. 1984. V. 67. № 6. P. 119—121.Yamaguchi T. // Catal. Tod. 1994. V. 20. № 2. P. 199—218.Yamaguchi T. // Catal. Tod. 1994. V. 20. № 2. P. 199—218.Sato T. // J. Therm. Anal. Calorim. 2002. V. 69. P. 255—265.Sato T. // J. Therm. Anal. Calorim. 2002. V. 69. P. 255—265.Buyanov R.A., Krivoruchko O.P. // React. Kinet. Cat. Lett. 1987. V. 35. № 1-2. P. 293—302.Buyanov R.A., Krivoruchko O.P. // React. Kinet. Cat. Lett. 1987. V. 35. № 1-2. P. 293—302.Denkewicz R.P., Tenhuisen K.S., Adair J.H. // J. Mater. Res. 1990. V. 5. № 11. P. 2698—2705.Denkewicz R.P., Tenhuisen K.S., Adair J.H. // J. Mater. Res. 1990. V. 5. № 11. P. 2698—2705.Пожидаева О.В., Корыткова Э.Н., Романов Д.П., Гусаров В.В. // Журн. общей химии. 2002. Т. 72. № 6. С. 910—914.Пожидаева О.В., Корыткова Э.Н., Романов Д.П., Гусаров В.В. // Журн. общей химии. 2002. Т. 72. № 6. С. 910—914.Clearfield A., Serrette G.P.D., Khazi-Syed A.H. // Catal. Tod. 1996. V. 20. № 1-4. P. 295—312.Clearfield A., Serrette G.P.D., Khazi-Syed A.H. // Catal. Tod. 1996. V. 20. № 1-4. P. 295—312.Bokhimi X., Morales A., Novaro O., Portilla M., Lopez T., Tzompantzi F., Gómez R. // J. Sol. State Chem. 1998. V. 135. P. 28—35.Bokhimi X., Morales A., Novaro O., Portilla M., Lopez T., Tzompantzi F., Gómez R. // J. Sol. State Chem. 1998. V. 135. P. 28—35.Srinivasan R., Harris M.B., De Angelis R.J., Burton D.H. // J. Mater. Res. 1988. V. 3. № 4. P. 787—797.Srinivasan R., Harris M.B., De Angelis R.J., Burton D.H. // J. Mater. Res. 1988. V. 3. № 4. P. 787—797.Kobayashi Y., Sasaki T., Takagi I., Moriyama H. // J. Nucl. Sci. Technol. 2007. V. 44. № 1. P. 90—94.Kobayashi Y., Sasaki T., Takagi I., Moriyama H. // J. Nucl. Sci. Technol. 2007. V. 44. № 1. P. 90—94.Пахомов Н.А. Научные основы приготовления катализаторов. 2011. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 262 с.Пахомов Н.А. Научные основы приготовления катализаторов. 2011. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 262 с.Sato S., Takahashi R., Sodesawa T., Tanaka S., Oguma K., Ogura K. // J. Catal. 2000. V. 196. № 1. P. 190—194.Sato S., Takahashi R., Sodesawa T., Tanaka S., Oguma K., Ogura K. // J. Catal. 2000. V. 196. № 1. P. 190—194.

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