Влияние модифицирования алюмооксидного носителя на состояние активной поверхности алюмоникельмолибденовых катализаторов превращения этилена в пропилен

Изучены Ni, Mo-содержащие оксидные катализаторы, синтезированные с применением в качестве носителя катион- и анион-модифицированного оксида алюминия (Na₂O-Al₂O₃, MgO-Al₂O₃, Al₂O₃-Al₂O₃, ZrO₂-Al₂O₃, B₂O₃-Al₂O₃, SO₄^2--Al₂O₃). Получены данные о влиянии модифицирования поверхности носителя на физико-химические свойства и активность катализаторов в процессе превращения этилена в пропилен. Показано, что анионное модифицирование (B₂O₃-Al₂O₃, SO₄^2--Al₂O₃) способствует росту активности катализаторов и это обусловлено формированием октаэдрически координированных катионов Ni2+, связанных с кислотными центрами поверхности носителя. Катионное модифицирование (Na₂O-Al₂O₃, MgO-Al₂O₃, Al₂O₃-Al₂O₃, ZrO₂-Al₂O₃), наоборот, подавляет развитие реакций превращения этилена в связи с меньшим содержанием на поверхности таких носителей средних и сильных кислотных центров, определяющих силу взаимодействия с катионами никеля. Максимальный выход пропилена 51–52 мас.% обеспечивается катализаторами на основе боратсодержащего носителя и не модифицированного оксида алюминия. Последние отличаются наличием на своей поверхности высокодисперсных частиц полимолибдатных соединений и Бренстедовских кислотных центров средней силы.

1. Global Propylene Market to Boost in Coming Years – Projected to Reach 132.1 Metric Tons in 2028, at a CAGR of 6.1% during Forecast Period // BlueWeave Consulting and Research Pvt Ltd (2022); https://www.globenewswire.com/en/news-release/2022/03/31/2414083/0/en/ - дата обращения 20.11.2024.

2. Akah A., Williams J., Ghrami M. // Catal. Surv. Asia. 2019. V. 23. P. 265 – 276. https://doi.org/10.1007/s10563-019-09280-6

3. Gholami Z., Gholami F., Tisler Z., Tomas M., Vakili M. // Energies. 2021. V. 14. P. 1089. https://doi.org/10.3390/en14041089

4. Vogt E.T.C., Whiting G.T., Chowdhury A.D., Weckhuysen B.M. // Adv. Catal. 2015. V. 58. P. 143 – 314. https://doi.org/10.1016/bs.acat.2015.10.001

5. Kianfar E., Hajimirzaee S., Mousavian S., Mehr A.S. // Microchem. J. 2020. V. 156. P. 104822. https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.104822

6. Mol J.C., van Leeuwen P.W.N.M. Handbook of Heterogeneous Catalysis. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008. P. 3240 – 3256. https://doi.org/10.1002/9783527610044.hetcat0164/

7. Beucher R, Cammarano C, Rodríguez-Castellón E, Hulea V. // Ind. Eng. Chem. Res. 2020. V. 59. P. 7438 – 7446. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c00450

8. Perea L.A., Felischak M., Wolff T., Gaona J.A.L., Hamel C., Seidel-Morgenstern A. // Fuel. 2021. V. 284. P. 119031. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119031

9. Bao J., Yang G., Yoneyama Y., Tsubaki N. // ACS Catal. 2019. V. 9. P. 3026. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b03924

10. Седов И.В., Макарян И.А., Берзигияров П.К., Магомедова М.В., Максимов А.Л. // Журнал прикладной химии. 2018. Т. 91. № 12. С. 1693 – 1707.

11. Mohsenzadeh A., Zamani A., Taherzadeh M.J. // ChemBioEng Rev. 2017. V. 4. № 2. P. 75 – 91. https://doi.org/10.1002/cben.201600025

12. Joshi R., Saxena A., Gounder R. // Catal. Sci. Technol. 2020. V. 10. P. 7101. https://doi.org/10.1039/D0CY01186J

13. Finiels A., Fajula F., Hulea V. // Catal. Sci. Technol. 2014. V 4. № 8. P. 2412 – 2426. https://doi.org/10.1039/C4CY00305E

14. Лапидус А.Л., Дергачев А.А. // Газохимия. 2008. С. 16 – 26.

15. Sayfulina L.F., Buluchevskiy E.A., Lavrenov A.V., Gulyaeva T.I., Trenikhin M.D., Protasova O.V., Gerasimov E.Y., Gulyaev R.V., Drozdov V.A. // Adv. Mater. Res. 2015. V. 1085. P. 17 – 22. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1085.17.

16. Lwin S., Wachs I.E. // ACS Catal. 2014. V. 4. № 8. P. 2505 – 2520. https://doi.org/10.1021/cs500528h.

17. Nikiforov A.I., Chesnokov E.A., Popov A.G., Ivanova I.I. // J. Catal. 2024. V. 436. P. 115578. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2024.115578.

18. Guo C.S., Hermann K., Hävecker M., Thielemann J.P., Kube P., Gregoriades L.J., Trunschke A., Sauer J., Schlögl R. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 15449 – 15458. https://doi.org/10.1016/10.1021/jp2034642

19. Popoff N., Mazoyer E., Pelletier J., Gauvin R.M., Taoufik M. // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 9035 – 9054. https://doi.org/10.1039/C3CS60115C

20. Koninckx E., Mendes P.S.F., Thybaut J.W., Broadbelt L.J. // Appl. Catal. A Gen. 2021. V. 624, P. 118296. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2021.118296

21. Лавренов А.В., Булучевский Е.А., Моисеенко М.А., Дроздов В.А., Арбузов А.Б., Гуляева Т.И., Лихолобов В.А., Дуплякин В.К. // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. № 3. С. 423 – 428.

22. Sohn J.R., Park W.C., Kim H.W. // J. Catal. 2002. V. 209. P. 69 – 74. https://doi.org/10.1006/jcat.2002.3581

23. Otroshchenko T., Zhang Q., Kondratenko E.V. // Catal. Let. 2022. V. 152. P. 2366 – 2374. https://doi.org/10.1007/s10562-021-03822-2

24. Amakawa K., Wrabetz S., Kröhnert J., Tzolova-Müller G., Schlögl R., Trunschke A. // J. Am. Chem. Soc. 2012. V. 134. P. 11462 – 11473. https://doi.org/10.1021/ja3011989

25. Debecker D.P., Bouchmella K., Stoyanova M., Rodemerck U., Gaigneaux E.M., Mutin P.H. // Catal. Sci. Technol. 2012. V. 2. № 6. P. 1157 – 1164. https://doi.org/10.1039/C2CY00475E

26. Hahn T., Bentrup U., Armbruster M., Kondratenko E.V., Linke D. // ChemCatChem. 2014. V. 6. P. 1664 – 1672. https://doi.org/10.1002/cctc.201400040

27. Mulcahy F.M., Houalla M., Hercules D.M. // J. Catal. 1993. V. 139. P. 72 – 80. https://doi.org/ 10.1006/jcat.1993.1008

28. Nikiforov A.I., Popov A.G., Chesnokov E.A., Ivanova I.I. // J. Catal. 2022. V. 415. P. 58 – 62. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2022.09.024

29. Otroshchenko T., Zhang Q., Kondratenko E.V. // ACS Catal. 2021. V. 11. № 22. P. 14159 – 14167. https://doi.org/10.1021/acscatal.1c04267

30. Curtin T., McMonagle J.B., Hodnett B.K. // Appl. Catal. A Gen. 1992. V. 93. P. 75 – 89.

31. Лавренов А.В., Басова И.А., Казаков М.О., Финевич В.П., Бельская О.Б., Булучевский Е.А., Дуплякин В.К. // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2007. Т. LI. № 4. С. 75 – 85.

32. Okamoto Y., Imanaka T. // J. Phys. Chem. 1988. V. 92. № 25. P. 7102 – 7112. https://doi.org/10.1021/j100336a015

33. Nikolova D., Edreva-Kardjieva R., Giurginca M., Meghea A., Vakros J., Voyiatzis G.A., Kordulis C. // Vib. Spectrosc. 2007. V. 44. № 2. P. 343 – 350. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2007.03.002

34. Vidruk R., Landau M.V., Herskowitz M., Ezersky V., Goldbourt A. // J. Catal. 2011. V. 282. P. 215 – 227. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2011.06.018

35. Faro Jr A.C., Souza K.R., Camorim V.L.D.L., Cardoso M.B. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2003. V. 5. P. 1932 – 1940. https://doi.org/10.1039/b300899a

36. Korhonen S.T., Bañares M.A., Fierro J.L.G., Krause A.O.I. // Catal. Today. 2007. V. 126. 235 – 247. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2007.01.008

37. Handzlik J., Ogonowski J., Stoch J., Mikołajczyk M., Michorczyk P. // Appl. Catal. A Gen. 2006. V. 312. № 1 – 2. P. 213 – 219. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2006.07.002

38. Usman U., Takaki M., Kubota T., Okamoto Y. // Appl. Catal. A Gen. 2005. V. 286. № 1. P. 148 – 154. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2005.03.020

39. Cai Z., Liang R., Yu P., Liu Y., Ma Y., Cao Y., Huang K., Jiang L., Bao X. // Fuel Process. Technol. 2022. V. 226. P. 107091. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2021.107091

40. Morales-Ortuño J.C., Klimova T.E. // Fuel. 2017. V. 198. P. 99 – 109. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.01.007

41. Zhang D., Li X., Liu S., Zhu X., Chen F., Xu L. // Appl. Catal. A Gen. 2014. V. 472. P. 92 – 100. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2013.12.019

42. Tian H., Roberts C.A., Wachs I.E. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. № 33. P. 14110 – 14120. https://doi.org/10.1021/jp103269w

43. Wang B., Ding G., Shang Y., Lv J., Wang H., Wang E., Li Z., Ma X., Qin S., Sun Q. // Appl. Catal. A Gen. 2012. V. 431 – 432. P. 144 – 150. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.04.029

44. Карпова Т.Р., Лавренов А.В., Булучевский Е.А., Гуляева Т.И., Буяльская К.С., Шилова А.В., Леонтьева Н.Н., Арбузов А.Б., Дроздов В.А. // Катализ в промышленности. 2014. № 1. С. 24 – 31.

45. Davydov A.A., Kantcheva M., Chepotko M.L. // Catal. Let. 2002. V. 8. №. 1 – 2. P. 97 – 108. https://doi.org/10.1023/A:1020669818242

46. Chakrabarti A., Wachs I.E. // ACS Catal. 2017. V. 8. P. 949 – 959. https://doi.org/10.1021/acscatal.7b03598

47. Torres-Mancera P., Ramirez J., Cuevas R., Gutierrez-Alejandre A., Murrieta F., Luna R. // Catal. Today. 2005. V. 107 – 108. P. 551 – 558. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2005.07.072

48. Ghashghaee M. // Rev. Chem. Eng. 2018. V. 34. P. 595 – 655. https://doi.org/10.1515/revce-2017-0003