Разложение аммиака на Co-Al2O3 /SiO2 катализаторах: влияние способов восстановления кобальта

Ориентация на «зеленую» энергетику требует поиска экологичных систем запасания энергии. Выбор аммиака как потенциального контейнера для водорода обусловлен его высокой энергоемкостью и отсутствием выбросов оксидов углерода и азота в процессе разложения. В настоящей работе испытаны Co-Al2O3 /SiO2 катализаторы разложения аммиака, активированные разными способами – путем цикличных процедур восстановление-карбидизация-восстановление (RCR) и восстановление-окисление-восстановление (ROR) в сравнении с традиционным методом восстановления кобальта водородом (R). Образцы охарактеризованы методами Н2-ТПВ, ПЭМ, РФА с использованием синхротронного излучения, которые показали неизменность структурных свойств катализаторов в ходе реакции. Поскольку активности исследованных катализаторов и эффективные энергии активации оказались близкими, в длительном эксперименте был протестирован простейший в приготовлении катализатор R, продемонстрировавший высокую стабильность работы.

1. Schueth F. //Chemie Ingenieur Technik. 2011. V. 83. N. 11. P. 1984-1993. https://doi.org/10.1002/cite.201100147

2. Wan, Z., Tao, Y., Shao, J., Zhang, Y., You, H. // Energy Conversion and Management. 2021. V. 228. P. 113729. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113729

3. Ristig, S., Poschmann, M., Folke, J., Gómez‐Cápiro, O., Chen, Z., Sanchez‐Bastardo, N., Ruland, H. // Chemie Ingenieur Technik. 2022. V. 94. N. 10. P. 1413-1425. https://doi.org/10.1002/cite.202200003

4. Lucentini, I., Garcia, X., Vendrell, X., Llorca, J. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2021. V. 60. N. 51. P. 18560-18611. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c00843

5. Hu, X. C., Wang, W. W., Gu, Y. Q., Jin, Z., Song, Q. S., Jia, C. J. // ChemPlusChem. 2017. V. 82. N. 3. P. 368-375. https://doi.org/10.1002/cplu.201600444

6. Cheddie, D. Ammonia as a hydrogen source for fuel cells: a review. 2012. P. 333-362.

7. Bell, T. E., Torrente-Murciano, L. // Topics in Catalysis. 2016. V. 59. P. 1438-1457. https://doi.org/10.1007/s11244-016-0653-4

8. García-Bordejé, E., Armenise, S., Roldán, L. // Catalysis Reviews. 2014. V. 56 N. 2. P. 220-237. https://doi.org/10.1080/01614940.2014.903637

9. Hill, A. K., & Torrente-Murciano, L. // Applied Catalysis B: Environmental. 2015. V. 172. P. 129-135. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2015.02.011

10. Hill, A. K., Torrente-Murciano, L. // International journal of hydrogen energy. 2014. V. 39. N. 15. P. 7646-7654. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.03.043

11. Yin, S. F., Xu, B. Q., Zhou, X. P., Au, C. T. // Applied Catalysis A: General. 2004. V. 277. N. 1-2. P. 1-9. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2004.09.020

12. Zhang, Z. S., Fu, X. P., Wang, W. W., Jin, Z., Song, Q. S., Jia, C. J. // Science China Chemistry. 2018. V. 61. P. 1389-1398. https://doi.org/10.1007/s11426-018-9261-5

13. Bell, T. E., Ménard, H., Carballo, J. M. G., Tooze, R., Torrente-Murciano, L. // International Journal of Hydrogen Energy, 2020. V. 45. N. 51. P. 27210-27220. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.07.090

14. Podila, S., Driss, H., Zaman, S. F., Ali, A. M., Al-Zahrani, A. A., Daous, M. A., Petrov, L. A. // International journal of hydrogen energy. 2017. V. 42. N. 38. P. 24213-24221. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.07.112

15. Varisli, D., & Kaykac, N. G. // International Journal of Hydrogen Energy. 2016. V. 41. N. 14. P. 5955-5968. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.02.097

16. Podila, S., Driss, H., Zaman, S. F., Alhamed, Y. A., AlZahrani, A. A., Daous, M. A., Petrov, L. A // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2016. V. 414. P. 130-139. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2016.01.012

17. Zhang, H., Alhamed, Y. A., Al-Zahrani, A., Daous, M., Inokawa, H., Kojima, Y., Petrov, L. A. // International journal of hydrogen energy. 2014. V. 39. N. 31. P. 17573-17582. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.07.183

18. Li, G., Zhang, H., Yu, X., Lei, Z., Yin, F., He, X. // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. N. 26. P. 12882-12892. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.02.046

19. Zhang, H., Alhamed, Y. A., Chu, W., Ye, Z., AlZahrani, A., Petrov, L. // Applied Catalysis A: General. 2013. V. 464. P. 156-164. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2013.05.046

20. Zhao, C., Yang, Y., Wu, Z., Field, M., Fang, X. Y., Burke, N., Chiang, K. // Journal of Materials Chemistry A. 2014. V. 2. N. 46. P. 19903-19913. https://doi.org/10.1039/C4TA04561K

21. Shiba, N. C., Yao, Y., Liu, X., Hildebrandt, D. // Reviews in Chemical Engineering. 2022. V. 38. N. 5. P. 503-538. https://doi.org/10.1515/revce-2020-0023

22. Яковенко Р.Е., Зубков И.Н., Нарочный Г.Б., Папета О.П., Денисов О.Д., Савостьянов А.П. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 2. С. 278.

23. Яковенко Р. Е., Краснякова Т. В., Салиев А. Н., Шилов М. А., Волик А. В., Савостьянов А. П., Митченко С. А. // Кинетика и катализ. 2023. T. 64, № 2. C. 203-215. DOI: 10.31857/S0453881123020090

24. Svetogorov, R. D., Dorovatovskii, P. V., Lazarenko, V. A. // Crystal Research and Technology. 2020. V. 55. N. 5. https://doi.org/10.1002/crat.201900184

25. PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). 2012. URL: www.icdd.com

26. Young, R.A., The Rietveld Method, Oxford: Oxford University, 1995, p. 298

27. PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. № 000-15-0806.

28. PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. № 48-1719.

29. PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. № 010-89-4308.

30. Fratalocchi, L., Groppi, G., Visconti, C. G., Lietti, L., Tronconi, E. // Catalysis Today. 2020. V. 342. P. 79-87. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.02.069

31. Zhao, N., Chen, Y., Li, X., Chen, T., Nisa, M. U., Li, Z. // Molecular Catalysis. 2023. V. 549. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2023.113483

32. Lu, W., Wang, J., Ma, Z., Chen, C., Liu, Y., Hou, B., Wang, B. // Fuel. 2023. V. 332. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.126115

33. Patanou, E., Tsakoumis, N. E., Myrstad, R., Blekkan, E. A. // Applied Catalysis A: General. 2018. V. 549. P. 280-288. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2017.10.007