Buy (625 RUB)
|Generate QR code
Open Access
Subscription or Fee Access
Homogeneous Catalysts of RedOx Processes Based on Heteropolyacid Solutions. VI: Developing a Process for Low-Temperature Oxidation of CO with Oxygen
https://doi.org/10.18412/1816-0387-2024-5-3-13
Abstract
Research on the development of a homogeneous process for low-temperature oxidation of carbon monoxide in the presence of a “platinum group metal + vanadium-containing heteropolyacid (HPA)” catalytic system has been presented. The optimal reaction conditions, ensuring the maximum rate of CO oxidation to CO2, have been determined; for this reaction the kinetic features have been established, and its mechanism has been proposed. It has been shown that homogeneous systems based on PdII complex exhibit high activity and productivity, but have low stability and operate only at pH below 1,5. The stability of the catalyst can be increased by simultaneous introduction of σ- and π-donor ligands into the system; however, it is more effective to use the PtIV complex in the presence of catalytic amounts of palladium salt at a ratio of 100/1. The transition from HPA solutions with a low content of vanadium atoms (H7PMo8V4O40) to solutions of modified compositions (H10P3Mo18V7O84) ensures an increase in the activity and productivity of the system, with the kinetics of CO oxidation being maintained. The combined homogeneous catalyst PtIV + PdII + H10P3Mo18V7O84 remains stable during multi-cycle use without reducing activity, operates without an induction period and can be used at pH range of 1,7–2,0, which simplifies the process equipment.
About the Authors
Yu. A. Rodikova
Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk
Russian Federation
Russian Federation
E. G. Zhizhina
Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk
Russian Federation
Russian Federation
References
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
Review
For citations:
Rodikova Yu.A., Zhizhina E.G. Homogeneous Catalysts of RedOx Processes Based on Heteropolyacid Solutions. VI: Developing a Process for Low-Temperature Oxidation of CO with Oxygen. Kataliz v promyshlennosti. 2024;24(5):3-13. (In Russ.) https://doi.org/10.18412/1816-0387-2024-5-3-13
Views:
126
Email this article 