Гомогенные катализаторы окислительно-восстановительных процессов на основе растворов гетерополикислот. VI. Разработка процесса низкотемпературного окисления СО кислородом

Представлены исследования по разработке гомогенного процесса низкотемпературного окисления монооксида углерода в присутствии каталитической системы «металл платиновой группы + ванадийсодержащая гетерополикислота (ГПК)». Определены оптимальные условия реакции, обеспечивающие максимальную скорость окисления СО в СО2, установлены особенности ее кинетики, предложен механизм. Показано, что системы на основе аква-комплекса PdII проявляют высокую активность и производительность, однако обладают низкой стабильностью и функционируют только при рН ниже 1,5. Стабильность катализатора может быть повышена одновременным введением в систему σ- и π-донорных лигандов, однако более эффективным является использование комплекса PtIV в присутствии каталитических количеств соли палладия при их соотношении 100/1. Переход от растворов ГПК с низким содержанием атомов ванадия (Н7РМо8V4O40) к высокованадиевым растворам модифицированных составов (Н10Р3Мо18V7O84) обеспечивает рост активности и производительности системы, вид кинетических кривых и общие закономерности окисления СО при этом сохраняются. Комбинированный гомогенный катализатор PtIV + PdII + Н10Р3Мо18V7O84 сохраняет стабильность при многоцикловом использовании без снижения активности, работает без индукционного периода и может использоваться при рН = 0,7÷2,5, что упрощает аппаратурное обеспечение процесса.

1. Выброшено в атмосферу загрязняющих веществ за отчетный год от сжигания топлива (для выработки электро- и теплоэнергии) [Electronic resource]. URL:

2. https://www.fedstat.ru/indicator/33600

3. Prockop L.D., Chichkova R.I. // J. Neurol. Sci. 2007. V. 262. № 1–2. Р. 122–130. https://doi.org/10.1016/j.jns.2007.06.037

4. Российская энциклопедия по охране труда. Том II. / Отв. ред. А.Л. Сафонов. М.: НЦ ЭНАС, 2007. 408 с.

5. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Том III. / Под ред. Н.В. Лазарева и И.Д. Гадаскиной. Л.: Химия, 1977. С. 240–253.

6. Очистка отходящих газов, технологическая очистка газов: основные методы и фильтры [Electronic resource]. URL: https://fakel-f.ru/blog/ochistka-othodiashchih-gazov

7. Etim U.J., Bai P., Gazit O.M., Zhong Z. // Catal. Rev. 2023. V. 65. № 2. P. 239–425. https://doi.org/10.1080/01614940.2021.1919044

8. Вершинин Н.Н., Гольдшлегер Н.Ф., Ефимов О.Н., Гусев А.Л. // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2008. Т. 64. № 8. С. 99–116. EDN: JVKQDF

9. Dey S., Dhal G.C. // Polytechnica. 2020. V. 3. P. 1–25. https://doi.org/10.1007/s41050-019-00018-x

10. Dey S., Dhal G.C., Mohan D., Prasad R. // Adv. Compos. Hybrid. Mater. 2019. V. 2. P. 626–656. https://doi.org/10.1007/s42114-019-00126-3

11. Dey S., Dhal G.C. // Inorg. Chem. Commun. 2019. V. 110. ID. 107614. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2019.107614

12. Xia G.G., Yin Y.G., Willis W.S., Wang J.Y., Suib S.L. // J. Catal. 1999. V. 185. № 1. P. 91–105. https://doi.org/10.1006/jcat.1999.2484

13. Wu R.-C., Tang C.-W., Chang M.-B., Chang C.-C., Wang C.-C., Wang C.-B. // Catal. Lett. 2020. V. 150. P. 3523–3532. https://doi.org/10.1007/s10562-020-03249-1

14. Yigit N., Genest A., Terloev S., Möller J., Rupprechter G. // J. Phys.: Condens. Matter. 2022. V. 34. № 35. ID. 354001. https://doi.org/10.1088/1361-648X/ac718b

15. Song S., Liang J., Xiao W., Gu D. // Chinese Chem. Lett. 2023. V. 34. № 7. ID. 107777. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2022.107777

16. Jansson. J. // J. Catal. 2000. V. 194. № 1. P. 55–60. https://doi.org/10.1006/jcat.2000.2924

17. Dey S., Dhal G.C., Mohan D., Prasad R. // Bull. Chem. React. Eng. Catal. 2017. V. 12. № 3. P. 393–407. https://doi.org/10.9767/bcrec.12.3.882.393-407

18. Sokovikov N.A., Svintsitskiy D.A., Metalnikova V.M., Cherepanova S.V., Boronin A.I. // J. Struct. Chem. 2023. V. 64. P. 1098–1113. https://doi.org/10.1134/S0022476623060124

19. Taylor S.H., Rhodes C. // Catal. Today. 2006. V. 114. № 4. P. 357–361. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2006.02.073

20. Moretti E., Storaro L., Talon A., Patrono P., Pinzari F., Montanari T., Ramis G., Lenarda M. // Appl. Catal. A: Gen. 2008. V. 344. № 1–2. P. 165–174. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2008.04.015

21. Вершинин Н.Н., Бакаев В.А., Гусев А.Л., Ефимов О.Н. // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2009. Т. 78. № 10. С. 85–93. EDN: KXRUQN

22. Li X., Xing L., Zhao W., Wang Y., Zhao Y. // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. № 58. P. 29940–29950. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.06.156

23. Boronin A.I., Slavinskaya E.M., Figueroba A., Stadnichenko A.I., Kardash T.Yu., Stonkus O.A., Fedorova E.A., Muravev V.V., Svetlichnyi V.A., Bruix A., Neyman K.M. // Appl. Catal. B: Environ. 2021. V. 286. ID. 119931. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.119931

24. Pavlova S.N., Sazonov V.А., Popovskii V.V. // React. Kinet. Catal. Lett. 1988. V. 37. № 2. P. 325–330. https://doi.org/10.1007/BF02062078

25. Wang S., Wang S., Zong X., Wang S., Dong X. // Appl. Catal. A: Gen. 2023. V. 654. ID. 119083. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2023.119083

26. Hutchings G.J., Siddiqui M.R.H., Burrows A., Kiely C.J., Whyman R. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1997. V. 93. № 1. P. 187–188. https://doi.org/10.1039/A606482E

27. Wu J., Zeng L., Cheng D., Chen F., Zhan X., Gong J. // Chinese J. Catal. 2016. V. 37. № 1. P. 83–90. https://doi.org/10.1016/S1872-2067(15)60913-5

28. US Patent 3849336, 1974.

29. Lloyd W.G., Rowe D.R. // Environ. Sci. Technol. 1971. V. 5. № 11. P. 1133–1134. https://doi.org/10.1021/es60058a002

30. Закумбаева Г.Д., Носкова Н.Ф., Конаев Э.Н., Сокольский Д.В. // Докл. АН СССР. 1964. Т. 156. № 6. С. 1323–1325.

31. Титов Д.Н., Устюгов А.В., Ткаченко О.П., Кустов Л.М., Зубавичус Я.В., Велигжанин А.А., Садовская Н.В., Ошанина И.В., Брук Л.Г., Тёмкин О.Н. // Кинетика и катализ. 2012. Т. 53. № 2. С. 272–284. EDN: OWXJJH

32. Bruk L., Titov D., Ustyugov A., Zubavichus Y., Chernikova V., Tkachenko O., Kustov L., Murzin V., Oshanina I., Temkin O. // Nanomaterials. 2018. V. 8. № 4. ID. 217. https://doi.org/10.3390/nano8040217

33. Брук Л.Г., Устюгов А.В., Кацман Е.А., Исхакова Л.Д., Ошанина И.В., Ткаченко О.П., Кустов Л.М., Темкин О.Н. // Кинетика и катализ. 2017. Т. 58. № 2. С. 196–207. https://doi.org/10.7868/S0453881117020034

34. Koh D.J., Song J.H., Ham S.-W., Nam I.-S., Chang R.-W., Park E.D., Sung J., Kim Y.G. // Korean J. Chem. Eng. 1997. V. 14. № 6. P. 486–490. https://doi.org/10.1007/BF02706597

35. Zhou F., Du X., Yu J., Mao D., Lu G. // RSC Adv. 2016. V. 6. № 71. P. 66553–66563. https://doi.org/10.1039/C6RA15205H

36. Du X., Li H.-Y., Yu J., Xiao X., Shi Z., Mao D., Lu G. // Catal. Sci. Technol. 2015. V. 5. P. 3970–3979. https://doi.org/10.1039/c5cy00545k

37. Dey S., Dhal G.C. // Aerosol Sci. Eng. 2019. V. 3. P. 97–131. https://doi.org/10.1007/s41810-019-00046-1

38. Кац М. Гетерогенное окисление окиси углерода. Катализаторы органических реакций. М.: Изд-во иностр. литература, 1955. 291 с.

39. Veprek S., Cocke D.L., Kehl S., Oswald H.R. // J. Catal. 1986. V. 100. № 1. P. 250–263. https://doi.org/10.1016/0021-9517(86)90090-4

40. Kozhevnikov I.V. Catalysis for fine chemical synthesis. Volume 2. Catalysis by polyoxometalates. John Wiley & Sons Ltd., England. 202 p.

41. SU патент № 421226 А1, опубл. 1992.

42. Матвеев К.И., Кожевников И.В. // Кинетика и катализ. 1980. Т. 21. № 5. С. 1189–1198. EDN: SNRAQZ

43. Жижина Е.Г., Гогин Л.Л., Родикова Ю.А., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2021. Т. 62. № 2. С. 135–174.

44. https://doi.org/10.31857/S045388112102012X

45. РФ патент № 2162837 С1, опубл. 2001.

46. РФ патент № 2790246 C1, опубл. 2023.

47. РФ патент № 2165406 С1, опубл. 2001.

48. SU патент № 454768 А2, опубл. 1992.

49. SU патент № 1027880 А1, опубл. 1985.

50. SU патент № 1043871 А1, опубл. 1994.

51. Zhizhina E.G., Odyakov V.F. // Int. J. Chem. Kinet. 2014. V. 46. № 9. P. 567–576. https://doi.org/10.1002/kin.20858

52. Матвеев К.И., Жижина Е.Г., Одяков В.Ф., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2014. № 3. С. 32–42. EDN: SFFPPV

53. US Patent 3790662, 1974.

54. SU патент № 1135054 А1, опубл. 1994.

55. РФ патент № 1684997, опубл. 1995.

56. Спицын В.И., Федосеев И.В. Карбонильные комплексы платиновых металлов, М.: Наука, 1980. 200 с.

57. Booth G., Chatt J., Chini P. // Chem. Commun. (London). 1965. V. 24. P. 639–640. https://doi.org/10.1039/C19650000639

58. Матвеев К.И., Рачковская Л.Н., Еременко Н.К. // Известия Сибирского отделения Академии наук СССР. Серия химических наук. 1968. № 2. С. 81–87. EDN: TMSKUF

59. Zhizhina E.G., Matveev K.I. // React. Kinet. Catal. Lett. 1992. V. 47. № 2. Р. 255–262. https://doi.org/10.1007/BF02137658

60. Жижина Е.Г., Одяков В.Ф., Симонова М.В., Матвеев К.И. // Кинетика и катализ. 2005. Т. 46. № 3. С. 380–389. EDN: HSHCWN

61. Жижина Е.Г., Кузнетсова Л.И., Матвеев К.И. // Кинетика и катализ. 1988. Т. 29. № 1. С. 130–135. EDN: TCPPDF

62. Zhizhina E.G., Kuznetsova L.I., Maksimovskaya R.I., Pavlova S.N., Matveev K.I. // J. Mol. Catal. 1986. V. 38. P. 345–353. https://doi.org/10.1016/0304-5102(86)85044-1

63. Zhizhina E.G., Kuznetsova L.I., Matveev K.I. // React. Kinet. Catal. Lett. 1986. V. 31. № 1. P. 113–120. https://doi.org/10.1007/BF02062520

64. Родикова Ю.А., Жижина Е.Г. // ЖПХ. 2023. Т. 96. № 6. С. 614–621. https://doi.org/10.31857/S0044461823060087

65. Odyakov V.F., Zhizhina E.G., Maksimovskaya R.I. // Appl. Catal. A: Gen. 2008. V. 342. № 1–2. P. 126–130. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2008.03.008

66. Odyakov V.F., Zhizhina E.G., Rodikova Yu.A., Gogin L.L. // Eur. J. Inorg. Chem. 2015. V. 2015. № 22. P. 3618–3631. https://doi.org/10.1002/ejic.201500359

67. Zhizhina E.G., Odyakov V.F. // Appl. Catal. A: Gen. 2009. V. 358. № 2. P. 254–258. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2009.02.021