catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"catal-932Research Article2011 – МЕЖДУНАРОДНЫЙ ГОД ХИМИИ2011 - INTERNATIONAL YEAR OF CHEMISTRYКинетические аспекты дезактивации неоднородной поверхности полифункциональных катализаторовKinetic aspects of deactivation of the heterogeneous surface of multifunctional catalystsКумбилиеваК.KumbilievaK.ctls@kalvis.ruПетровЛ.PetrovL.ctls@kalvis.ruИнститут катализа, Болгарская Академия наук, СофияБолгарияInstitute of Catalysis, Bulgarian Academy of Sciences, SofiaBulgariaИнститут катализа, Болгарская Академия наук, София; SABIC Chair in Catalysis, King Abdulaziz University, Jeddah, Kingdom of Saudi ArabiaБолгарияInstitute of Catalysis, Bulgarian Academy of Sciences, Sofia; SABIC Chair in Catalysis, King Abdulaziz University, Jeddah, Kingdom of Saudi ArabiaBulgaria201124042023052034Copyright © LLC "KALVIS", 20232023LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/932

Широкое применение в промышленности би- и полифункциональных катализаторов требует новых подходов к разработке кинетических моделей, учитывающих сосуществование на поверхности катализаторов активных центров с разными активностью и селективностью в отношении основной и побочных реакций, адсорбционными свойствами, структурами (в том числе нано-), координационным окружением, устойчивостью при дезактивации, компонентами реакционной среди или посторонними химическими примесями (ядами). Авторы статьи предлагают кинетические зависимости с учетом вклада разных типов активных центров в каталитический процесс. Рассмотрено применение предлагаемого подхода к построению моделей механизма и кинетики промышленных процессов, сопровождающихся дезактивацией катализатора: каталитическое сжигание ксилола на Pd-катализаторах, при участии активных центров двух типов; дегидрирование изобутана на непромотированных и промотированных Pt-катализаторах, предполагающее участие активных центров трех типов.

Widely applicable of industrial bi-and polyfunctional catalysts necessitates a new approaches to the development of kinetic models that take into account the coexistence of different types of active sites on catalysts surface, with different activity and selectivity for the main and byreaction, adsorption properties, structure, including nanostructure, the coordination environment, resistance to deactivation, components of the reaction medium or extraneous chemical impurities. From the perspective of this approach, the authors suggest in their work kinetic data, taking into account the contribution of different types of active sites in the catalytic process. We consider the practical application of the proposed approach to develop models of the kinetics and mechanism of industrial specific processes followed with catalyst deactivation: catalytic combustion of xylene on Pd catalysts, with the participation of two types of active sites, and dehydrogenation of isobutane on Pt nonpromoted and promoted catalysts, suggesting the participation of three types of active sites.

кинетические моделимеханизм дезактивациинеоднородность активных местполифункциональные катализаторыkinetic modelmechanism of deactivationheterogeneity of active sitesmultifunctional catalystsReferencesHughes R. Deactivation of catalysts. New York: Academic Press, 1984.Hughes R. Deactivation of catalysts. New York: Academic Press, 1984.Krishna A.S. // Catal. Rev.-Sci. Eng. 1990. Vol. 32. P. 279.Krishna A.S. // Catal. Rev.-Sci. Eng. 1990. Vol. 32. P. 279.Oudar J., Wise H. Deactivation and poisoning of catalysts. New York: Marcel Dekker, 1985.Oudar J., Wise H. Deactivation and poisoning of catalysts. New York: Marcel Dekker, 1985.Butt J.B., Petersen E.E. // Activation, deactivation and poisoning of catalysts. San Diego: Academic Press, 1988.Butt J.B., Petersen E.E. // Activation, deactivation and poisoning of catalysts. San Diego: Academic Press, 1988.Hegedus L.I., McCabe R.W. Catalyst poisoning. New York: Marcel Dekker, 1984.Hegedus L.I., McCabe R.W. Catalyst poisoning. New York: Marcel Dekker, 1984.Bartholomew C.H. // Appl. Catal. A: General. 2001. Vol. 212. P. 17.Bartholomew C.H. // Appl. Catal. A: General. 2001. Vol. 212. P. 17.Слинкин А.А. // Кинетика и катализ. 1981. Т. 22, № 1. С. 71.Слинкин А.А. // Кинетика и катализ. 1981. Т. 22, № 1. С. 71.Темкин М.И. // Кинетика и катализ. 1986. Т. 27, № 2. С. 533.Темкин М.И. // Кинетика и катализ. 1986. Т. 27, № 2. С. 533.Golodets G.I. // Stud. Surf. Sci. Catal. 1982. Vol. 15. P.184.Golodets G.I. // Stud. Surf. Sci. Catal. 1982. Vol. 15. P.184.Dooling D.J., Rekoske J.E., Broadbelt I.J. // Langmuir. 1999. Vol. 15. P. 5846.Dooling D.J., Rekoske J.E., Broadbelt I.J. // Langmuir. 1999. Vol. 15. P. 5846.Dooling D.J., Broadbelt I.J. // A.I.Ch.E.Journal. 2001. Vol. 47, № 10. P. 1193.Dooling D.J., Broadbelt I.J. // A.I.Ch.E.Journal. 2001. Vol. 47, № 10. P. 1193.Landau M.V., Kogan S.B., Herskowitz M. // Appl. Catal. A: General. 1994. Vol. 130, № 1. P. 139.Landau M.V., Kogan S.B., Herskowitz M. // Appl. Catal. A: General. 1994. Vol. 130, № 1. P. 139.Barias F., Holmen A., Blekkan E. // Catal. Today. 1995. Vol. 24. P. 361.Barias F., Holmen A., Blekkan E. // Catal. Today. 1995. Vol. 24. P. 361.Ribeiro F.H., Bonivardi A.L., Kim C., Somorjai G.A. // J. Catal. 1994. Vol. 150, №1. P.186.Ribeiro F.H., Bonivardi A.L., Kim C., Somorjai G.A. // J. Catal. 1994. Vol. 150, №1. P.186.Hadjiloizou G., Butt J.B., Dranoff J. // J. Catal. 1991. Vol. 131, № 2. P.545.Hadjiloizou G., Butt J.B., Dranoff J. // J. Catal. 1991. Vol. 131, № 2. P.545.Macleod N., Fryer J.R., Stirling D., Well G. // Catal. Today. 1998. Vol. 46. P. 37.Macleod N., Fryer J.R., Stirling D., Well G. // Catal. Today. 1998. Vol. 46. P. 37.Dong D., Jeong S., Massoth F.E. // Catal. Today. 1997. Vol. 37. P. 267.Dong D., Jeong S., Massoth F.E. // Catal. Today. 1997. Vol. 37. P. 267.Pawelec B., Damyanova S., Arishtirova K., Fierro J.L.G., Petrov L. // Appl. Catal. A: General. 2007. Vol. 323, № 1. P. 188.Pawelec B., Damyanova S., Arishtirova K., Fierro J.L.G., Petrov L. // Appl. Catal. A: General. 2007. Vol. 323, № 1. P. 188.Topsǿe H. // Appl. Catal. A: General. 2007. Vol. 320, № 1. P. 3.Topsǿe H. // Appl. Catal. A: General. 2007. Vol. 320, № 1. P. 3.Caero G., Costa A.F., Cerqueria H., Magnoux P., Lopes J.M., Matias P., Ribeiro F.R. // Appl. Catal. A: General. 2007. Vol. 320, № 1. P. 8.Caero G., Costa A.F., Cerqueria H., Magnoux P., Lopes J.M., Matias P., Ribeiro F.R. // Appl. Catal. A: General. 2007. Vol. 320, № 1. P. 8.Nogelear B.M., Steiner P., Zijden Th., Lanyeveld A., Eijsbouts S., Moulijn J.A. // Appl. Catal. A: General. 2007. Vol. 323, № 1. P. 28.Nogelear B.M., Steiner P., Zijden Th., Lanyeveld A., Eijsbouts S., Moulijn J.A. // Appl. Catal. A: General. 2007. Vol. 323, № 1. P. 28.Smith J. Chemical Engineering Kinetics (3rd ed.). NY: McGraw-Hill, Inc 1990.Smith J. Chemical Engineering Kinetics (3rd ed.). NY: McGraw-Hill, Inc 1990.Ponec V. // Appl. Catal. A: General. 1997. Vol. 149, № 1. P. 27.Ponec V. // Appl. Catal. A: General. 1997. Vol. 149, № 1. P. 27.Consonni M., Touroude R., Murzin D.Y. // Chem. Eng. Technol. 1998. Vol. 21. P. 605.Consonni M., Touroude R., Murzin D.Y. // Chem. Eng. Technol. 1998. Vol. 21. P. 605.Consonni M., Jokic D., Murzin D.Y., Touroude R. // J.Catal. 1999. Vol. 188, № 1. P.165.Consonni M., Jokic D., Murzin D.Y., Touroude R. // J.Catal. 1999. Vol. 188, № 1. P.165.Dandekar A., Vannice M.// J. Catal. 1999. Vol. 183, № 1. P. 344.Dandekar A., Vannice M.// J. Catal. 1999. Vol. 183, № 1. P. 344.Margitfalvi J.L., Tompos A., Kolosova I., Valyon J. // J.Catal.1998. Vol. 174, № 1. P. 246.Margitfalvi J.L., Tompos A., Kolosova I., Valyon J. // J.Catal.1998. Vol. 174, № 1. P. 246.Liberkova K., Touroude R., Murzin D.Yu.// Chem. Eng. Sci. 2002. Vol. 57. P. 2519.Liberkova K., Touroude R., Murzin D.Yu.// Chem. Eng. Sci. 2002. Vol. 57. P. 2519.Beeckman J.B., Froment G.F.// Ind. Eng.Chem., Fundam. 1982. Vol. 21, № 1. P. 243.Beeckman J.B., Froment G.F.// Ind. Eng.Chem., Fundam. 1982. Vol. 21, № 1. P. 243.Broekhoven E.H.V., Schoonhoven J.W.F.M., Ponec V. // Stud. Surf. Sci. Catal. 1985. Vol. 156. P. 899.Broekhoven E.H.V., Schoonhoven J.W.F.M., Ponec V. // Stud. Surf. Sci. Catal. 1985. Vol. 156. P. 899.Meitzner G., Via G.H., Lytle F.W., Fung S.C., Sinfelt J.H. // J. Phys. Chem. 1988. Vol. 92. P.2925.Meitzner G., Via G.H., Lytle F.W., Fung S.C., Sinfelt J.H. // J. Phys. Chem. 1988. Vol. 92. P.2925.Cortright R.D., Dumesic J.A. // J.Catal. 1994. Vol.148, № 2. P. 771.Cortright R.D., Dumesic J.A. // J.Catal. 1994. Vol.148, № 2. P. 771.Ribeiro F.H., Bonivardi A.L., Kim C., Somorjai G.A. // J. Catal. 1994. Vol. 150, № 1. P. 186.Ribeiro F.H., Bonivardi A.L., Kim C., Somorjai G.A. // J. Catal. 1994. Vol. 150, № 1. P. 186.Corma A., Martinez A. // Catal. Rev.-Sci. Eng. 1993. Vol. 35. P. 483.Corma A., Martinez A. // Catal. Rev.-Sci. Eng. 1993. Vol. 35. P. 483.Bendarova L., Lyman C.E., Rytter E., Holmen A. // J.Catal. 2002. Vol. 211, № 1. P.335.Bendarova L., Lyman C.E., Rytter E., Holmen A. // J.Catal. 2002. Vol. 211, № 1. P.335.Jablonski E.L., Castro A.A., Scelza O.A., Miguel S.R. // Appl. Catal. A: General. 1999. Vol. 183, № 1. P. 189.Jablonski E.L., Castro A.A., Scelza O.A., Miguel S.R. // Appl. Catal. A: General. 1999. Vol. 183, № 1. P. 189.Burch R. // J. Catal. 1981. Vol. 71, № 1. P. 348.Burch R. // J. Catal. 1981. Vol. 71, № 1. P. 348.Ledford J.S., Houalla M., Proctor S., Hercules D.M. // J. Catal. 1990. Vol.125, P. 554.Ledford J.S., Houalla M., Proctor S., Hercules D.M. // J. Catal. 1990. Vol.125, P. 554.Haddad G.J., Chen B., Goodwin J.G., Jr. // J. Catal. 1996. Vol. 161. P. 274.Haddad G.J., Chen B., Goodwin J.G., Jr. // J. Catal. 1996. Vol. 161. P. 274.Merlen E., Becca P., Bertollini G.C., Delichere P., Zanier N., Didilon B. // J. Catal. 1996. Vol. 159, № 1. P. 178.Merlen E., Becca P., Bertollini G.C., Delichere P., Zanier N., Didilon B. // J. Catal. 1996. Vol. 159, № 1. P. 178.Yang L., DePristo A.E. // J. Catal. 1994. Vol.1 48, № 2. P. 575.Yang L., DePristo A.E. // J. Catal. 1994. Vol.1 48, № 2. P. 575.Пармон В.Н. // ДАН. 2007. Т. 413, № 1. С. 53.Пармон В.Н. // ДАН. 2007. Т. 413, № 1. С. 53.Parmon V.N. Thermodynamics of Non-Equilibrium Processes with a Particular Application to Catalysis. Amsterdam: Elsevier, 2010.Parmon V.N. Thermodynamics of Non-Equilibrium Processes with a Particular Application to Catalysis. Amsterdam: Elsevier, 2010.Murzin D.Yu. // Chem. Eng. Sci. 2009. Vol. 64, № 1. P. 64.Murzin D.Yu. // Chem. Eng. Sci. 2009. Vol. 64, № 1. P. 64.Murzin D.Yu. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2010. Vol. 315, № 1. P. 226.Murzin D.Yu. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2010. Vol. 315, № 1. P. 226.Murzin D.Yu. // J. Catal. 2010. Vol. 276, № 1. P. 85.Murzin D.Yu. // J. Catal. 2010. Vol. 276, № 1. P. 85.Hvolbæk B., Janssens T.V.W., Clausen B.S., Falsig H., Christensen C.H, Nørskov J.K. // Nanotoday. 2007. Vol. 2, № 1. P. 17Hvolbæk B., Janssens T.V.W., Clausen B.S., Falsig H., Christensen C.H, Nørskov J.K. // Nanotoday. 2007. Vol. 2, № 1. P. 17Kolasinki K.W. Surface Science. Fundamentals of Catalysis and Nanoscience. Chichester: Wiley, 2002.Kolasinki K.W. Surface Science. Fundamentals of Catalysis and Nanoscience. Chichester: Wiley, 2002.Haruta M., Tsobota S., Kobayashi T., Kageyama H., Genet M.J., Delmon B. // J. Catal. 1993. Vol. 144, № 1. P. 175.Haruta M., Tsobota S., Kobayashi T., Kageyama H., Genet M.J., Delmon B. // J. Catal. 1993. Vol. 144, № 1. P. 175.Bond G.C., Tompson D.T. // Catal. Rev.-Sci. Eng. 1999. Vol. 41. P. 319.Bond G.C., Tompson D.T. // Catal. Rev.-Sci. Eng. 1999. Vol. 41. P. 319.Cunningham D.A., Vogel W., Torres-Sanchez R.M., Tanaka K., Haruta M. // J. Catal. 1999. Vol. 183, № 1. P. 24.Cunningham D.A., Vogel W., Torres-Sanchez R.M., Tanaka K., Haruta M. // J. Catal. 1999. Vol. 183, № 1. P. 24.Ruth K., Hayes M., Burch R., Tsobota S., Haruta M. // Appl. Catal. B: Environmental. 2000. Vol. 24, L133.Ruth K., Hayes M., Burch R., Tsobota S., Haruta M. // Appl. Catal. B: Environmental. 2000. Vol. 24, L133.Thompson D.T., Bond G.C. // Gold Bulletin. 2000. Vol. 33. P. 41.Thompson D.T., Bond G.C. // Gold Bulletin. 2000. Vol. 33. P. 41.Wolf A., Schuth F. // Appl. Catal. A: General. 2002. Vol. 226, № 1. P. 1.Wolf A., Schuth F. // Appl. Catal. A: General. 2002. Vol. 226, № 1. P. 1.Cortie M.B., Lingen E. // Materials Forum. 2002. Vol. 26. P. 1.Cortie M.B., Lingen E. // Materials Forum. 2002. Vol. 26. P. 1.Guzman J., Gates B.C. // J. Phys. Chem. B. 2002. Vol. 106. P. 7659.Guzman J., Gates B.C. // J. Phys. Chem. B. 2002. Vol. 106. P. 7659.Davis R. // Science. 2003. Vol. 301. P. 926.Davis R. // Science. 2003. Vol. 301. P. 926.Теньянко Н.В., Сергеева Т.Ю., Гайдай Н.А., Б.Гудков Б.С., Дряхлов А.С., Киперман С.Л. // Кинетика и катализ. 1990. Т. 31. С. 395.Теньянко Н.В., Сергеева Т.Ю., Гайдай Н.А., Б.Гудков Б.С., Дряхлов А.С., Киперман С.Л. // Кинетика и катализ. 1990. Т. 31. С. 395.Kiperman S.L., Gaidai N.A., Nekrasov N.V., Botavina M.A., Duisenbaev Sh.E. // Chem.Eng.Sci. 1999. Vol. 54. P. 4305.Kiperman S.L., Gaidai N.A., Nekrasov N.V., Botavina M.A., Duisenbaev Sh.E. // Chem.Eng.Sci. 1999. Vol. 54. P. 4305.Некрасов Н.В., Ботавина М.А., Сергеева Т.Ю., Дряхлов А.С., Киперман С.Л. // Кинетика и катализ. 1998. Т. 39. С. 543.Некрасов Н.В., Ботавина М.А., Сергеева Т.Ю., Дряхлов А.С., Киперман С.Л. // Кинетика и катализ. 1998. Т. 39. С. 543.Kumbilieva K.E., Gaidai N.A., Dryahlov A.S., Nekrasov N.V., Petrov L.A., Lapidus A.L. // Catal. Comm. 2009. Vol. 10, P. 1034.Kumbilieva K.E., Gaidai N.A., Dryahlov A.S., Nekrasov N.V., Petrov L.A., Lapidus A.L. // Catal. Comm. 2009. Vol. 10, P. 1034.Савченко В.И. // Кинетика и катализ. 1980. Т. 21. С. 342.Савченко В.И. // Кинетика и катализ. 1980. Т. 21. С. 342.Кочубей А.Л., Старостина Т.С., Циркульников В.М., Замараев К.И. // Кинетика и катализ. 1993. Т. 34. С. 716.Кочубей А.Л., Старостина Т.С., Циркульников В.М., Замараев К.И. // Кинетика и катализ. 1993. Т. 34. С. 716.Киперман С.Л. // Сб. «Механизм катализа». Ч. 1. Новосибирск: Наука. 1984.Киперман С.Л. // Сб. «Механизм катализа». Ч. 1. Новосибирск: Наука. 1984.Kiperman S.L., Kumbilieva K., Petrov L. // Ind.Eng.Chem.Research. 1988. Vol. 2. P. 62.Kiperman S.L., Kumbilieva K., Petrov L. // Ind.Eng.Chem.Research. 1988. Vol. 2. P. 62.Kumbilieva K. E., Gaidai N.A., Nekrasov N.V., Petrov L.A., Lapidus A.L. // Chem. Eng. J. 2006. Vol. 120, № 1. P. 25.Kumbilieva K. E., Gaidai N.A., Nekrasov N.V., Petrov L.A., Lapidus A.L. // Chem. Eng. J. 2006. Vol. 120, № 1. P. 25.Лок Л.К., Гайдай Н.А., Киперман С.Л. // Кинетика и катализ. 1986. Т. 27. С. 112.Лок Л.К., Гайдай Н.А., Киперман С.Л. // Кинетика и катализ. 1986. Т. 27. С. 112.Лок Л.К., Гайдай Н.А., Гудков Б.С., Киперман С.Л., Коган С.Б. // Кинетика и катализ. 1986. Т. 27. С. 1365.Лок Л.К., Гайдай Н.А., Гудков Б.С., Киперман С.Л., Коган С.Б. // Кинетика и катализ. 1986. Т. 27. С. 1365.Лок Л.К., Гайдай Н.А., Гудков Б.С., Костюковский М.М., Киперман С.Л., Подклетнова Н.М., Коган С.Б., Бурсиян Н.Р. // Кинетика и катализ. 1986. Т. 27. С. 1371.Лок Л.К., Гайдай Н.А., Гудков Б.С., Костюковский М.М., Киперман С.Л., Подклетнова Н.М., Коган С.Б., Бурсиян Н.Р. // Кинетика и катализ. 1986. Т. 27. С. 1371.Лок Л.К., Гайдай Н.А., Киперман С.Л., Подклетнова Н.М., Коган С.Б. // Кинетика и катализ. 1988. Т. 29, № 5. С. 1146.Лок Л.К., Гайдай Н.А., Киперман С.Л., Подклетнова Н.М., Коган С.Б. // Кинетика и катализ. 1988. Т. 29, № 5. С. 1146.Loc L.C., Gaidai N.A., Kiperman S.L.// Proc. 9th Intern. Congress on Catalysis, (Calgary, 1988)/ Eds. M.J. Phillips, M.Ternan. 1988. Vol. 3. P. 1261.Loc L.C., Gaidai N.A., Kiperman S.L.// Proc. 9th Intern. Congress on Catalysis, (Calgary, 1988)/ Eds. M.J. Phillips, M.Ternan. 1988. Vol. 3. P. 1261.Kiperman S.L., Loc L.C., Gaidai N.A. // Stud. Surf. Sci. Catal.: Catalyst Deactivation 1994 / Eds. B.Delmon, G.F.Froment. Amsterdam: Elsevier Publ. House, 1994. Vol. 88. P. 543.Kiperman S.L., Loc L.C., Gaidai N.A. // Stud. Surf. Sci. Catal.: Catalyst Deactivation 1994 / Eds. B.Delmon, G.F.Froment. Amsterdam: Elsevier Publ. House, 1994. Vol. 88. P. 543.Bendarova L., Lyman C.E., Rytter E., Holmen A. // J. Catal. 2002. Vol. 211. P. 335.Bendarova L., Lyman C.E., Rytter E., Holmen A. // J. Catal. 2002. Vol. 211. P. 335.Lin L., Zhang T., Zang J., Xu Z. // Appl.Catal. 1990. Vol. 67. P. 11.Lin L., Zhang T., Zang J., Xu Z. // Appl.Catal. 1990. Vol. 67. P. 11.Adkins S.R., Davis B.H. // J. Catal. 1984. Vol. 89. P. 371.Adkins S.R., Davis B.H. // J. Catal. 1984. Vol. 89. P. 371.Liu J., Gao X., Zhang T., Lin L. // Thermochim.Acta. 1991. Vol. 9. P. 124.Liu J., Gao X., Zhang T., Lin L. // Thermochim.Acta. 1991. Vol. 9. P. 124.Ohta М., Ikeda Y., Igarashi A. // Appl. Catal. A: General. 2004. Vol. 266. P. 229.Ohta М., Ikeda Y., Igarashi A. // Appl. Catal. A: General. 2004. Vol. 266. P. 229.Коган С.Б., Подклетнова Н.М., Оранская О.М., Семенская И.В., Бурсиян Н.Р. // Кинетика и катализ. 1981. Т. 22. С. 663.Коган С.Б., Подклетнова Н.М., Оранская О.М., Семенская И.В., Бурсиян Н.Р. // Кинетика и катализ. 1981. Т. 22. С. 663.Коган С.Б., Подклетнова Н.М., Илясова А.С., Бурсиян Н.Р. // Журн. прикл. Химии. 1983. С. 1832.Коган С.Б., Подклетнова Н.М., Илясова А.С., Бурсиян Н.Р. // Журн. прикл. Химии. 1983. С. 1832.

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