Синтез Ni-Cu/Al2O3-катализаторов разложения метана методом горения с использованием топливных добавок

Применяемые для синтеза нановолокнистого углерода и водорода катализаторы Ni-Cu/Al2O3 приготовлены методом горения растворов с использованием в качестве топлива сахарозы, мочевины и щавелевой кислоты. Полученный катализатор представлял собой порошок с удельной поверхностью 60–128 м2/г. Тестирование образцов катализатора проводили в проточном реакторе при температуре 550 °С в среде метана при давлении 1 и 5 атм. Изучено влияние содержания органического топлива на состав и текстурные характеристики получаемых катализаторов и на эффективность работы катализатора в процессе синтеза нановолокнистого углерода и водорода. Обнаружено, что степень конверсии метана варьировалась в диапазоне 5–17,5 % и возрастала при повышении давления с 1 до 5 атм.

1. Li Y., Li D., Wang G. // Catal. Today. 2011. V. 162. № 1. Р. 1–48. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2010.12.042

2. Ibrahimov H., Malikli S., Ibrahimova Z., Babali R., Aleskerova S. // Appl. Petrochemical Res. 2021. V. 11. Р. 123–128. https://doi.org/10.1007/s13203-021-00264-0

3. Hasnan N., Timmiati S., Lim K.L., Yaakob Z., Kamaruddin N., The L.P. // Mater. Renew. Sustain. Energy. 2020. V. 9. P. 1–18. https://doi.org/10.1007/s40243-020-00167-5

4. Torres D., Pinilla J.L., Suelves I. // Catalysts. 2018. V. 8. P. 1-15. https://doi.org/10.3390/catal8080300

5. Karimi E.Z., Khaki J.V., Zebarjad S.M., Bataev I.A., Bannov A.G. // Bulletin of Materials Science. 2014. V. 37. № 3. P. 1-8. https://doi.org/10.1007/s12034-014-0041-2

6. Konno K., Onoe K., Takiguchi Y., Yamaguchi T. // Green and Sustainable Chemistry. 2013. V. 3. № 1. P. 19-25. https://doi.org/10.4236/gsc.2013.31004

7. Lapekin N.I., Kurmashov P.B., Larina T.V., Chesalov Y.A., Kurdyumov D.S., Ukhina A.V., Maksimovskiy E.A., Ishchenko A.V., Sysoev V.I., Bannov A.G. // Chemosensors. 2023. V. 11. № 7. P. 381. https://doi.org/10.3390/chemosensors11070381

8. Almiron J., Alcazar H., Churata R, AnascoR.C., Francine R., Ziouche K., Chicot D. // Mater. Res. Express. 2018. V. 5. № 12. P. 381. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aadeb2

9. Pervikov A.V., Pustovalov A.V., Afonnikova S.D., Bauman Y.I., Mishakov I.V., Vedyagin A.A. // Powder Technol. 2023. V. 415. P. 118164. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2022.118164

10. Стрельцов И.А., Винокурова О.Б., Токарева И.В., Мишаков И.В., Исупов В.П., Шубин Ю.В., Ведягин А.А. // Катализ в промышленности. 2014. № 2. С. 59-65.

11. Agrafonov Y.V., Petrushin I.S., Prosekin M.Y., Prosekina I.G., Rzechizkii A.E. // Bulletin of the Russian Academy of Sciences Physics. 2007. V. 71 № 2. P. 175-177. https://doi.org/10.3103/S1062873807020074

12. Cuervo M.R., Asedegbega-Nieto E., Diaz E., Vega A., Ordonez S., Castillejos-Lopez E., Rodriguez-Ramos I. // J. Chromatogr. A. 2008. V. 1188. № 2. P. 264-273. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2008.02.061

13. Bong H.K., Pestov S.M., Flid V.R., Karaeva A.R. Peshnev B.V. // Open J. Appl. Sci. 2017. V. 7. № 12. P. 720-728. https://doi.org/10.4236/ojapps.2017.712051

14. Gudyma T.S., Krutskii Y.L., Maksimovskiy E.A., Cherkasova N.Y., Lapekin N.I., Larina T.V. // Powder Metallurgy аnd Functional Coatings. 2023. V. 17. № 2. P. 35-45. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2023-2-35-45

15. Dik D.V., Gudyma T.S., Filippov A.A., Fomin V.M., Krutskii Yu.L. // J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2024. V. 65. № 2. P. 249-256. https://doi.org/10.1134/S0021894424020068

16. Bannov A.G., Popov M.V., Brester A.E., Kurmashov P.B. // Micromachines. 2021. V. 12. № 2. P. 186. https://doi.org/10.3390/mi12020186

17. Yu Y., Xue S., Zhao C., Barnych B., Sun G. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 582. № 1. P. 152392. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.152392

18. Zhao Y., Wang X., Lai C., He G., Zhang L., Fong H., Zhu Z. // RSC Advances. 2012. V. 2. № 27. P. 10195-10199. https://doi.org/10.1039/c2ra21338a

19. Chesnokov V.V., Chichkan A.S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2009. V. 34. № 7. P. 2979-2985. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.01.074

20. Pourdelan H., Alavi M.S., Rezaei M., Akbari E. // Catal. Letters. 2023. V. 153. № 10. P 3759-3173. https://doi.org/10.1007/s10562-022-04175-0

21. Патент RU 2722298, опубл. 28.05.2020

22. Ferk G., Stergar J., Drofenik M., Makovec D., Hamler A., Jaglicic Z., Ban I. // Materials Letters. 2014. V. 124. P. 39–42. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.03.030

23. Gulyaeva Y.K., Alekseeva M.V., Bulavchenko O.A., Kremneva A., Saraev A., Gerasimov E., Selishcheva S., Kaichev V., Yakovlev V. // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 8. P. 2017. https://doi.org/10.3390/nano11082017

24. Wang D., Ran S., Shen L., Sun H., Huang Q. // J. Eur. Ceram. Soc. V. 35. № 3. P. 1107–1112. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2014.10.018

25. Pudukudy M., Yaakob Z., Kadier A., Takriff M.S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42. № 26. P. 16495–16513. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.04.223

26. Veselov G.B., Afonnikova S.D., Mishakov I.V., Vedyagin A.A. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2024. V. 109. P 859–877. https://doi.org/10.1007/s10971-024-06336-6

27. Гаврилова Н.Н., Либерман Е.Ю., Яровая О.В., Кошкин А.Г., Назаров В.В., Михайличенко А.И. // Катализ в промышленности. 2012. № 2. С. 48–55.

28. Naghash A.R., Xu Z., Etsell T.H. // Chem. Mater. 2005 . V. 17. № 4. Р. 815–821. https://doi.org/10.1021/cm048476v

29. Nimse P., Lokhande R.S., Jaybhaye S. // Int. J. Creat. Res. Thoughts. 2023. V. 11. № 4. P. 39-44. https://doi.org/10.1729/Journal.34166

30. Ashik U.P.M., Wan Daud W.M.A. // RSC Advances. 2015. V. 82. P. 1-26.

31. Seong I.H., Kang S.C., Lee J.D. // Res. Chem. Intermed. 2024.

32. V. 50. P. 2841–2858 https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-3868859/v1

33. Hantoko D., Khan W.U., Osman A.I., Nasr M., Rashwan A.K., Gambo Y., Shoaibi A.A., Chandrasekar S., Hossain M. // Environ. Chem. Lett. 2024. V. 22. № 4. P. 1623–1663. https://doi.org/10.1007/s10311-024-01732-4

34. Alwan B.A.A., Shah M., Danish M., Mesfer M.K.A., Khan M.I., Natarajan V. // J. Indian Chem. 2022. V. 99. № 4 P. 100393. https://doi.org/10.1016/j.jics.2022.100393

35. Kurmashov P.B., Ukhina A.V., Manakhov A., Ishchenko A.V., Maksimovskii E.A., Bannov A.G. // Applied Sciences. 2023. V. 13. № 6. P. 3962. https://doi.org/ 10.3390/app13063962

36. Kumar A., Cross A., Manukyan K., Bhosale R., Broeke L.J.P., Miller J.T., Mukasyan A.S., Wolf E. // Chem. Eng. J. 2015. V. 278. P. 46–54. https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.01.012

37. Kuvshinov D.G., Kurmashov P.B., Bannov A.G., Popov M.V.,

38. Kuvshinov G. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V.44. № 31. P. 16271–16286. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.04.179

39. Kurmashov P.B., Timofeev V.S., Ukhina A.V., Ishchenko A.V., Larina T.V., Chesalov Y.A., Tan L., Chen Y., Maksimovskiy E.A., Bannov A.G. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 89. P. 1342–1353. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.09.254

40. Afonnikova S.D., Veselov G.B., Bauman Y.I., Gerasimov E.Y., Shubin Y.V., Mishakov I.V., Vedyagin A.A. // J. Compos. Sci. 2023. V.7. № 6. P.238. https://doi.org/10.3390/jcs7060238

41. Afonnikova S.D., Bauman Y.I., Stoyanovskii V.O., Volochaev M.N., Mishakov I.V., Vedyagin A.A. // C-J. Carbon Res. 2023. V. 9. №. 3. P. 77. https://doi.org/10.3390/c9030077

42. Yao D., Haiping Y., Chen H., Williams P.T. // Appl. Catal. B Environ. 2018. V. 239. P. 565–577. https://doi.org/ 10.1016/j.apcatb.2018.07.075

43. Kruissink E.C., Reijen L.L. Ross J.R.H. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1. 1989. V. 85. P. 649-663. https://doi.org/10.1039/F198985FX045

44. Perez-Lopez O.W., Senger A., Marcilio N.R., Lansarin M.A. // Appl. Catal. A: Gen. 2006. V. 303. № 2. P. 234–244. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2006.02.024

45. Shen Y., Lua. C.A. // RSC Adv. 2014. V. 4. № 79. P. 42159–42167. https://doi.org/10.1039/C4RA04379K

46. Prakash A.S., Khadar A.M.A., Patil K.C., Hegde M.S. // J. mater. synth. process. 2002. V. 10. № 3. P. 135-141. https://doi.org/10.1023/A:1021986613158

47. Mukasyan A S, Epstein P.S., Dinka P. // Proc. Combust. Inst. 2007. V. 31. № 2. P. 1789–1795. https://doi.org/10.1016/j.proci.2006.07.052

48. Kurmashov Р.В., Popov M.V., Brester A.E., Ukhina A.V., Bannov A.G. // Doklady Chemistry. 2023. V. 511. № 2. P. 209–216. https://doi.org/10.1134/S0012500823600426

49. Zhuravlev V.D., Bamburov V.G., Beketov A.R., Perelyaeva L.A., Baklanova I.V., Sivtsova O.V., Vasil'ev V.G., Vladimirova E.V., Shevchenko V.G., Grigorov I.G. // Ceram. Int. V. 39. № 2. Р. 1379–1384. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.07.078

50. Tahmasebi K., Paydar M.H. // Mater. Chem. Phys. 2008. V. 109, № 1, P. 156-163. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.11.009

51. Fan Z., Weng W., Zhou J., Gu D., Xiao W. // J. Energy Chem. 2021. V. 58. P. 415–430. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.10.049

52. Wang I.-W., Dagle R., Khan T.S., Lopez-Ruiz J.A., Kovarik L., Jiang Y., Xu M., Wang Y., Changle J., Davidson, S.D., Tavadze P., Li L., Hu J. // Catal. Sci. Technol. 2021. V. 11. № 14. https://doi.org/10.1039/D1CY00287B

53. Smirnov A.A., Khromova S.A., Bulavchenko O.A., Kaichev V.V., Saraev A.A., Reshetnikov S.I., Bykova M.V., Trusov L.I., Yakovlev V.A. // Kinetics and Catalysis. 2014. V. 55. № 1. P. 72–81. https://doi.org/10.1134/S0023158414010145

54. Седакова В.А., Громова Е.С. // Вестник фармации. 2011. № 4. С. 17-22.

55. de Menezes B.R.C., Ferreira F.V., Silva B.C., Simonetti E.A.N., Bastos T.M., Cividanes L.S., Thim G.P. // J. Mater. Sci. 2018. V. 53. P. 14311–14327. https://doi.org/10.1007/s10853-018-2627-3

56. Threlfall T. // Vib. Spectrosc. 2022. V. 121. P. 103386.

57. Factorovich M., Guz L., Candal R. // Adv. Phys. Chem. V. 2011. P. 1-8. https://doi.org/10.1155/2011/821204

58. Duan Q., Cao H., Li X., Sun J. // Process Saf. Environ. Prot. 2023. V. 171. P. 482–892. https://doi.org/10.1016/j.psep.2023.01.032

59. Mojet B.L., Ebbesen S.D., Lefferts L. // Chem. Soc. Rev. 2010. V. 39. № 12. P. 4643–55. https://10.1039/c0cs00014k

60. Cunha A.F., Orfao J.J.M., Figueiredo J.L. // Int. J. Hydrog. Energy. 2009. V. 34 P. 4763–4772. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.03.040