Модифицирование NH4F микросферического алюмохромового катализатора дегидрирования изобутана

Методами РФА, РФлА, низкотемпературной адсорбции азота, УФ-Вид-, Раман-спектроскопии, ТПД-NH3, химического анализа изучено влияние модифицирования NH₄F на физико-химические характеристики, состояние активного компонента и каталитические показатели микросферических алюмохромовых катализаторов в процессе дегидрирования изобутана в изобутилен. Установлено, что после нанесения NH₄F и термообработки катализатора фтор распределяется и закрепляется на поверхности, изменяет фазовый состав, текстурные характеристики, кислотные свойства поверхности. При этом в составе катализатора формируются фазы α-Cr₂O₃, оксифторидов алюминия и хрома, твердый раствор (CrхAl₂–х)O₃. Поверхностные фтор-ионы повышают общую концентрацию кислотных центров, формируют сильные кислотные центры, увеличивают в процессе дегидрирования конверсию изобутана, скорость образования изобутилена, селективность по изобутилену. При формировании оксифторидов алюминия и хрома уменьшается активность катализатора, но сохраняется высокой селективность. При формировании фазы (CrхAl₂–х)O₃ катализатор дезактивируется.

1. Sanfilippo D., Miracca I. // Catalysis Today. 2006. V.111. P. 133-139. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2005.10.012

2. Nawaz Z. // Revives in Chemical Engineering. 2015. V.31. № 5. P. 413-436. https://doi.org/10.1515/revce-2015-0012

3. Sanfilippo D. // Catalysis Today. 2011. V.178. № 1. P. 142-150. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2011.07.013

4. Sanfilippo D., Miracca I. // Catalysis Today. 2006. V.111. P. 142-150.P. 133-139. doi:10.1016/j.cattod.2005.10.012.

5. Fridman V.Z., Xing R., Severance M. // Applied Catalysis A: General. 2016. V. 523. P. 39-53. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2016.05.008

6. Grzybowska B., Słoczyński J., Grabowski R., Wcisło K., Kozłowska A., Stoch J., Zieliński J. // Journal of Catalysis. 1998. V. 178. № 2. P. 687-700. https://doi.org/10.1006/jcat.1998.2203

7. Sattler J.J.H.B., Ruiz-Martinez J., Santillan-Jimenez E., Weckhuysen B.M. // Chemical Reviews. 2014. V. 114. № 20. P. 10613-10653. https://doi.org/10.1021/cr5002436

8. Li C., Wang G. // Chemical Society Reviews. 2021. V. 50. Р. 4359-4381. https://doi.org/10.1039/d0cs00983k

9. Botavina M., Barzan C., Piovano A., Braglia L., Agostini G., Martra G., Groppo E. // Catalysis Science & Technology. 2017. V. 7. P. 1690-1700. https://doi.org/ 10.1039/c7cy00142h.

10. Kopaˇc D., Jurkovi´c D.L., Likozar B., Huˇs M. // ACS Catalysis. 2020. V.10. P. 14732-14746. https://doi.org/10.1021/acscatal.0c03197.

11. Salaeva A.A., Salaev M.A., Mamontov G.V. // Chemical Engineering Science. 2020. V.215. P. 115462. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.115462

12. Kopas D., Likozar B., Hus M. // Applied Surface Science. 2022. V. 575. P. 151653. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151653

13. Li X., Li J., Yuan M., Li J., Wang G., Li Ch. // Applied Catalysis A: General. 2023. V. 2023. P. 119322. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2023.119322

14. Баулин А.А., Кудряшов В.Н., Бобров Б.Н. // Высокомолекулярные соединения, Серия А. 2008. Т. 50. № 12. Р. 2082-2089.

15. Egorova S.R., Tuktarov R.R., Boretskaya A.V., Laskin A.I., Gizyatullov R.N., Lamberov A.A. // Molecular Catalysis. 2021. V.509. P.111610 https://doi.org/10.1016/j.mcat.2021.111610

16. ГОСТ 33501-2015. Топливо твердое минеральное. Определение содержания общего фтора сжиганием в калориметрической бомбе с последующим определением в растворе с помощью ион-селективного электрода // М.: Стандартинформ, 2019.

17. ASTM E1941-10. Standard Test Method for Determination of Carbon in Refractory and Reactive Metals and Their Alloys by Combustion Analysis // ASTM Int. 2016.

18. Hossani Md., S., Ahmed S. // Results in Materials. 2023. V. 20. P. 100492. https://doi.org/10.1016/j.rinma.2023.100492

19. Ющенко В.В. // Журнал физической химии. 1997. Т. 71, № 4. С. 628-632. 34. 35. 20. Раков Э.Г., Мельниченко Е.И. // Успехи химии. 1984. Т. LII. Вып. 9. С. 1463-1492.

20. Ballhausen С.J., Introduction to Ligand Field Theory, Mac Graw‐Hill Book Company, INC., New Yorkn. NY. USA. 1962. 208 p.

21. Weckhuysen B.M., De Ridder L.M., Schoonheydt R.A. // Journal of Physical Chemistry. 1993. V. 97. P. 4756-4763. https://doi.org/10.1021/j100120a030

22. Vuurman M.A., Wachs I.E., Stufkens D.J., Oskam A. // Journal of Molecular Catalysis. 1993. V. 80. P. 209–227. https://doi.org/10.1016/0304-5102(93)85079-9

23. Vuurman M.A., Hardcastle F.D., Wachs I.E. // Journal of Molecular Catalysis. 1993. V. 84. P. 193–205. https://doi.org/10.1016/0304-5102(93)85052-U

24. Mentasty L.R., Gorriz O.F., Cadus L.E. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1999. V. 38. P. 396–404. https://doi.org/10.1021/ie9802562

25. Vuurman M.A., Stufkens D.J., Oskam A., Moulijn J.A., Kapteijn F. // Journal of Molecular Catalysis. 1990. V. 60. P. 83–98. https://doi.org/10.1016/0304-5102(90)85070-X

26. Oskam A., Stufkens D.J., Vuurman M.A. // Journal of Molecular Structure. 1990. V. 217. P. 325–334. https://doi.org/10.1016/0022-2860(90)80371-P

27. Saniger J.M., Sanchez N.A., Flores J.O. // Journal of Fluorine Chemistry. 1998. V. 88. P. 117-125. https://doi.org/10.1016/S0022-1139(98)00106-7

28. Bedghiou D., Rehab M.N., Benali-Cherif R., Djelloul A., Boumaza A.// Acta Materialia. 2024. V. 281. P. 120450. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120450

29. Старостин А.Г., Островский С.В. // Химия и химическая технология. 2022. V. 65, № 3. C. 43-51. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20226503.6514

30. Дьяченко А.Н., Крайденко Р.И., Петлин И.В., Травин Б.М. // Известия Томского политехнического университета. 2010. № 3. С. 69-72.

31. Hope E.G., Peter J.J., William L., Steven O.J, Mahmoud T., Turff J.W. // Journal of Chemical Society, Dalton Transactions. 1985. № 3. P. 529-533. https://doi.org/10.1039/DT9850000529

32. Крайденко Р.И. Фтороаммонийное разделение многокомпонентных силикатных систем на индивидуальные оксиды: Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Томск, 2008. С. 140.

33. Мельниченко Е. И. Оксифториды и фторометаллаты аммония в химии и технологии редких металлов: Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук. Владивосток, 1999. С. 364.

34. Gerberich H.R., Lutinski F.E., Hall K.W. // Journal of Catalysis. 1966. V. 6. № 2. .P. 209-219. https://doi.org/10.1016/0021-9517(66)90051-0

35. Reitsma H. J., Boelhouwer C. // Journal of Catalysis. 1974. V. 33. № 1. P. 39-46. https://doi.org/10.1016/0021-9517(74)90241-3

36. Davis S.M., Meitzner G.D., Fischer D.A., Gland J. // Journal of Catalysis. 1993. V. 142. № 2. P. 368-372. https://doi.org/10.1006/jcat.1993.1214

37. Накамото К. ИК спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. М.: Мир, 1991. 536 с.

38. Сontescu A., Schramm C., Sato R., Schwartz J.A. // Journal of Colloid and Interface Science. 1994. V. 1. № 1. P. 66-71. https://doi.org/10.1006/jcis.1994.1206

39. Ahrem L., Scholz G., Gutmann T., Calvo B., Buntkowsky G., Kemnitz E. // The Journal of Physical Chemistry C. 2017. V. 121. P. 12206-12213. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b02535

40. ZangW., Sun M., Prins // Journal of Physical Chemistry. 2003. V. 106. P. 11805-11809.

41. Fridman V.Z., Xing R. // Applied Catalysis A: General. 2017. V. 530. P. 154-165. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2016.11.024

42. Rodemerck U., Kondratenko E.V., Otroshchenko T., Linke D. // Chemical Communications. 2016. V.52. P. 12222. DOI: 10.1039/c6cc06442f.