Глубокое окисление толуола на стекловолокнистых катализаторах в структурированных картриджах различной геометрии

Работа посвящена исследованию платиносодержащих стекловолокнистых катализаторов (СВК) глубокого окисления углеводородов, которые могут применяться в процессах очистки отходящих газов от летучих органических примесей, а также для экологически чистого сжигания топлив. Исследовано влияние способа синтеза катализатора на его активность в реакции глубокого окисления толуола. Наибольшую удельную активность на единицу массы Pt демонстрирует традиционный СВК ИК-12-С102 на основе предварительно выщелоченного цирконий-содержащего носителя, однако по общей активности на единицу объема картриджа и на единицу массы катализатора более эффективен СВК ИК-12-С111, произведенный методом поверхностного термосинтеза. Несколько более высокое содержание платины в нем компенсируется возможностью использования существенно более легкого, дешевого и доступного носителя. Показано, что нанесение раствора прекурсора на носитель напылением вместо пропитки обеспечивает рост удельной активности. Кроме того, исследовано влияние на наблюдаемую активность СВК таких его свойств как структура стекловолокнистого носителя (плетение «сатин» и «ажур») и геометрии расположения слоев катализатора относительно потока реакционной смеси. Показано, что наиболее эффективным для процессов глубокого окисления является использование в качестве носителя СВК сатинового плетения, при продольной ориентации слоев катализатора относительно потока реакционной смеси. Предложены критериальные уравнения для оценки гидравлического сопротивления различных типов упаковок СВК.

1. В. В. Барелко, И. А. Юранов, А. Ф. Черашев, А. П. Хрущ, В. А. Матышак, Т. И. Хоменко, О. Н. Сильченкова, О. В. Крылов / Каталитические системы на основе стекловолокнистых аморфных матриц, допированных металлами и их оксидами в реакции восстановления оксидов азота // Доклады Академии наук. 1998. Т. 361. № 4. С. 485–488.

2. L. Kiwi-Minsker, I. Yuranov, B. Siebenhaar, A. Renken. Glass fiber catalysts for total oxidation of CO and hydrocarbons in waste gases // Catalysis Today. 1999. V. 54. N 1. P. 39–46.

3. Balzhinimaev B.S., Paukshtis E.A., Vanag S.V., Suknev A.P., Zagoruiko A.N. Glass-fiber catalysts: Novel oxidation catalysts, catalytic technologies for environmental protection // Catalysis Today. 2010. V. 151. № 1-2. P. 195-199.

4. Bal’zhinimaev B. S., Parmon V. N. The Innovative Russian Approaches to Catalysts Design: New Generation of Fiberglass Catalysts. // Topics in Catalysis. 2012. V. 55. № 19–20, P.1289–1296.

5. E. Reichelt, M. P. Heddrich, M. Jahn, A. Michaelis / Fiber based structured materials for catalytic applications // Applied Catalysis A: General. 2014. V. 476. P. 78–90.

6. Golyashova K. , Glazov N. , Lopatin S. , Zagoruiko A. Glass-Fiber Catalysts for Selective Catalytic Reduction of Nitrogen Oxides by CO and Hydrocarbons. Catalysis Communications. 2023. V.183. 106765:1-11. DOI: 10.1016/j.catcom.2023.106765

7. Sergey Lopatin, Pavel Mikenin, Andrey Elyshev, Sergey Udovichenko, Andrey Zagoruiko. Catalytic device on the base of glass-fiber catalyst for environmentally safe combustion of fuels and utilization of toxic wastes. Chemical Engineering Journal, 2019. V. 373. P 406-412, https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.05.056.

8. Sergey Lopatin, Andrey Elyshev, A.Zagoruiko. Catalytic device for environmentally friendly combustion of liquid fuels on the base of structured glass-fiber catalyst. Catalysis Today/ 2022. V. 383. P. 259-265. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2021.02.010

9. А.Н. Загоруйко, С.А. Лопатин. Структурированные каталитические системы на основе стекловолокнистых катализаторов. Новосибирск, издательство НГТУ, 2018, 204 с.

10. A.N.Zagoruiko, S.A.Lopatin, P.E.Mikenin, D.A.Pisarev, S.V.Zazhigalov, D.V.Baranov. Novel structured catalytic systems ‐ cartridges on the base of fibrous catalysts. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2017. V.122. PP.460-472 https://doi.org/10.1016/j.cep.2017.05.018.

11. Федоров А.В. , Ермаков Д.Ю. , Каичев В.В. , Булавченко О.А. , Яковлев В.А. Исследование физико-химических и каталитических свойств смешанных оксидов CuO-Fe2O3-Al2O3 в реакциях глубокого окисления. Катализ в промышленности. 2017. Т.17. №4. С.315-323. DOI: 10.18412/1816-0387-2017-4-315-323

12. Свинцицкий Д.А. , Метальникова В.М. , Черепанова С.В. , Боронин А.И. Структурные особенности и каталитические свойства двойного оксида AgFeO2 в реакции окисления СО. Журнал структурной химии. 2022. Т.63. №9. 98501:1-13. DOI: 10.26902/jsc_id98501

13. Яшник С.А., Исмагилов З.Р. Окислительные катализаторы Pt–Pd/MnOx–Al2O3: перспективы применения для контроля за содержанием сажи в отработанных газах дизеля. Кинетика и катализ. 2019. Т.60. №4. С.486-498. DOI: 10.1134/S0453881119040257

14. С.А. Лопатин, П.Г. Цырульников, Ю.С. Котолевич, П.Е. Микенин, Д.А. Писарев, А.Н. Загоруйко. Структурированный стеклотканный катализатор ИК-12-С111 для глубокого окисления органических соединений. Катализ в промышленности. 2015. Т.15. № 3, С.67-72.

15. Загоруйко А.Н., Лопатин С.А., Бальжинимаев Б.С., Гильмутдинов Н.Р., Сибагатуллин Г.Г., Погребцов В.П., Назмиева И.Ф. Каталитический процесс дожига отходящих газов с использованием платинового стекловолокнистого катализатора ИК-12-С102 // Катализ в промышленности. 2010. № 2. С. 28-32.