Industrial aluminum hydroxides. Part 2. Application of aluminum hydroxides in acid catalysis and influence of peptizing agent

The development of catalysts requires a large number of fundamental and empirical studies. If the objective of the work is industrial implementation, then the tasks include studying the properties of industrial large-tonnage raw materials and the work is complicated by the need to adapt it to the technology being developed. The paper compares the structural characteristics and elemental composition of a number of industrial aluminum hydroxides with the physical and chemical characteristics of metastable aluminum oxides obtained from them. The performance of aluminum oxide catalysts was studied in the reaction of skeletal isomerization of n-butylenes in laboratory stands. It has been established that impurity ions have a greater effect on the catalytic performance of samples, unlike textural characteristics. The effect of peptizers (orthophosphoric and citric acids) on the properties of acid-type catalysts has been studied for the first time. It has been shown for the first time that despite the increase in the concentration of acid sites on the surface of aluminum oxide obtained using orthophosphoric acid, its catalytic activity is several times lower than that of a catalyst pre-peptized with citric acid and characterized by a lower concentration of acid sites.

1. Lokteva E.S., Golubina E.V. Metal-support interactions in the design of heterogeneous catalysts for redox processes // Pure Appl. Chem. 2019. V. 91. P. 609-631. https://doi.org/10.1515/pac-2018-0715.

2. Смоликов М.Д., Бикметова Л.И., Казанцев К.В., Шкуренок В.А., Яблокова С.С., Лавренов А.В. Нанесенные сульфатциркониевые катализаторы изомеризации гексана на носителях SiO2 и Al2O3. Влияние природы носителя // Катализ в промышленности. 2023. Т. 23. № 1. С. 67-74. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2023-1-67-74.

3. Vogt E.T.C., Fu D., Weckhuysen B.M. Carbon deposit analysis in catalyst deactivation, regeneration, and rejuvenation // Angew. Chem. Int. 2023. V. 62. P. e202300319. https://doi.org/10.1002/anie.202300319.

4. Abdullah B., Abd Ghani N.A., Vo D.-V. N. Recent advances in dry reforming of methane over Ni-based catalysts // Journal of Cleaner Production. 2017. V. 162. P. 170-185. http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.05.176.

5. Marecot P., Martinez H., Barbier J. Coking reaction by anthracene on acidic aluminas and silica-aluminas // Journal of catalysis. 1992. V. 138. P. 474-481.

6. Белый А.С., Смоликов М.Д., Кирьянов Д.И., Удрас И.Е. Современные представления о состоянии платины в нанесенных катализаторах для производства моторных топлив // Рос. хим. ж. 2007. т. LI. №4. с. 38-47.

7. Kennedy D.R., Webb G., Jackson S.D., Lennon D. Propyne hydrogenation over alumina-supported palladium and platinum catalysts // Appl. Catal. A Gen. 2004. V. 259. P. 109–120.

8. Патент US3420618A, опубл. 1969.

9. Makgoba N.P., Sakuneka T.M., Koortzen J.G., van Schalkwyk C., Botha J.M., Nicolaides C.P. Silication of γ-alumina catalyst during the dehydration of linear primary alcohols // Applied Catalysis A: General. 2006. V. 297. P. 145–150.

10. Takahashi T., Takami K., Tashiro M. Dehydration of 1-phenylethanol over solid acidic catalysts // The Canadian journal of chemic. eng. 1988. V. 66. P. 433-437.

11. Donk S., Bitter J.H., Jong K.P. Deactivation of solid acid catalysts for butene skeletal isomerisation: on the beneficial and harmful effects of carbonaceous deposits // Applied Catalysis A: General. 2001. V. 212. P. 97-116.

12. Sanfilippo D., Miracca I. Dehydrogenation of paraffins: synergies between catalyst design and reactor engineering // Catalysis Today. 2006. V. 111. P. 133–139. http://doi.org/10.1016/j.cattod.2005.10.012.

13. Egorova S.R., Tuktarov R.R., Boretskaya A.V., Laskin A.I., Gizyatullov R.N., Lamberov A.A. Stabilizing effect of α-Cr2O3 on highly active phases and catalytic performance of a chromium alumina catalyst in the process of isobutane dehydrogenation // Molecular Catalysis. 2021. V. 509. P. 111610. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2021.111610.

14. Смоликов М.Д., Кирьянов Д.И., Шкуренок В.А., Бикметова Л.И., Белопухов Е.А., Яблокова С.С., Казанцев К.В., Белый А.С., Лавренов А.В., Кондрашев Д.О., Клейменов А.В. Интегрированные процессы риформинга и изомеризации бензиновых фракций для производства экологически чистых автобензинов // Катализ в промышленности. 2022. Т. 22. № 1. С.40-56. http://doi.org/10.18412/1816-0387-2022-1-40-56.

15. Пимерзин А.А., Томина Н.Н., Никульшин П.А., Максимов Н.М., Можаев А.В., Ишутенко Д.И., Вишневская Е.Е. Катализаторы гидроочистки нефтяных фракций на основе гетерополисоединений Mo и W // Катализ в промышленности. 2014. Т. 5. С. 49-55.

16. Nayar P., Waghmare S., Singh P., Najar M., Puttewar S., Agnihotri A. Comparative study of phase transformation of Al2O3 nanoparticles prepared by chemical precipitation and sol-gel auto combustion methods // Materials Today: Proceedings. 2020. V. 26. P. 122–125.

17. Huang B., Bartholomew C.H., Woodfield B.F. Facile synthesis of mesoporous γ-alumina with tunable pore size: the effects of water to aluminum molar ratio in hydrolysis of aluminum alkoxides // Microporous Mesoporous Mater. 2014. V. 183. P. 37-47. http://doi.org/10.1016/j.micromeso.2013.09.007.

18. Egorova S.R., Mukhamed’yarova A.N., Nesterova O.V., Zhang Y., Skibina J.D., Lamberov A.A. Formation of phases and porous system in the product of hydrothermal treatment of χ-Al2O3 // Coatings. 2018. V. 8. P. 30. http://doi.org/10.3390/coatings8010030.

19. Бебякина А.П., Фарид М.И., Борецкая А.В., Егорова С.Р., Ламберов А.А. Промышленные гидроксиды алюминия. Сообщение 1. Фазовый состав и текстурные характеристики промышленных гидроксидов/оксидов алюминия // Катализ в промышленности. 2024. Т. 24. № 2. С. 6-14.

20. Jiratova K., Janacek L., Schneider P. Influence of aluminum hydroxide peptization on physical properties of alumina extrudates // Preparation of catalyst III. Stud. Surf. Sci. Catal. 1983. V. 16. P. 653.

21. Ламберов А.А., Левин О.В., Егорова С.Р., Евстягин Д.А., Аптикашева А.Г. Влияние пептизации на текстурные и физико-механические свойства гидроксидов алюминия // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. №3. С. 365-372.

22. Радченко Е.Д., Нефедов Б.К., Алиев Р.Р. Промышленные катализаторы гидрогенизационных процессов нефтепереработки. М.: Химия, 1987. 224 с.

23. Guo Sh., Yu Sh., Yuan H., Cai K., Tian H., Da Zh. Peptization mechanism of aluminum phosphate sol // Colloids and surfaces A: physicochemical and engineering aspects. 2022. V. 651. P. 129637. http://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.129637.

24. Трегубенко В.Ю., Удрас И.Е., Дроздов В.А., Белый А.С. Влияние пептизации псевдобемита органическими кислотами на текстурные характеристики получаемых оксидов алюминия // Журнал прикладной химии. 2011. Т.84. № 1. С. 10-17.

25. Yashnik S.A., Kuznetsov V.V., Ismagilov Z.R., Cuihua X. Effect of χ-alumina addition on H2S oxidation properties of pure and modified γ-alumina // Chinese Journal of Catalysis. 2018. V.39. № 2. P. 258.

26. Nadeina K.A., Kazakov M.O., Danilova I.G., Kovalskaya A.A., Stolyarova E.A., Dik P.P., Gerasimov E.Yu., Prosvirin I.P., Chesalov Yu.A., Klimov O.V., Noskov А.S. The influence of B and P in the impregnating solution on the properties of NiMo/γ-δ-Al2O3 catalysts for VGO hydrotreating // Catalysis Today. 2019. V. 329. P. 2-12. http://doi.org/10.1016/j.cattod.2018.12.035.

27. Ламберов А.А., Романова Р.Г., Шмелев И.Г., Сопин В.Ф. Влияние кислотного модифицирования на структуру и каталитическую активность оксида алюминия // Журнал прикладной химии. 2002. Т. 75. № 3. С. 407-412.

28. Борецкая А.В., Ильясов И.Р., Ламберов А.А. Структурные и электронные свойства высокодисперсных частиц активного компонента Pd/Al2O3 катализаторов гидрирования бутадиена-1,3 // Катализ в промышленности. 2019. Т. 19. № 2. С. 114.

29. Паукштис Е.А. Инфракрасная спектроскопия в гетерогенном кислотно-основном катализе. Новосибирск: Наука, 1992. 255 с.

30. Donk S., Bitter J.H., Jong K.P. Deactivation of solid acid catalysts for butene skeletal isomerisation: on the beneficial and harmful effects of carbonaceous deposits // Applied Catalysis A: General. 2001. V. 212. P. 97-116.

31. Damon J.-P., Delmon B., Bonnier J.-M. Acidic properties of silica-alumina gels as a function of chemical composition. Titration and catalytic activity measurements// J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1. 1977. V. 73. P. 372.

32. Choudhary V.R., Doraiswamy L.K. Isomerization of n-butene to isobutene. I. Selection of catalyst by group screening // Journal of Catalysis. 1971. V. 23. N 1. P. 54–60. http://doi.org/10.1016/0021-9517(71)90024-8.

33. Valente J.S., Falcón S., Lima E., Vera M.A., Bosch P., López-Salinas E. Phosphating alumina: A way to tailor its surface properties // Microporous and mesoporous materials. 2006. V. 94. N 1–3. P. 277-282. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2006.02.018.

34. Krzywicki A., Marczewski M. Superacidity of modified γ-Al2O3. Structure of active site and catalytic activity // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1. 1980 .V. 76. P. 1311. https://doi.org/10.1039/f19807601311.

35. Мухамбетов И.Н. Алюмооксидный катализатор скелетной изомеризации н-бутиленов, модифицированный в гидротермальных условиях: дисс. канд. хим. наук: 02.00.15 / Мухамбетов Ильдар Николаевич. – Казань: КФУ, 2017. – С. 132.