Conversions of ethylene and propylene over molybdenum oxide catalysts supported over borated alumina and zirconia

The physicochemical properties, the active component state, the activity and selectivity of the supported molybdenum-containing catalysts supported on borated aluminum and zirconium oxides in the processes of ethylene conversion to propylene and propylene metathesis were considered. It was shown for both supports that the activity of molybdenum-containing catalysts in ethylene and propylene conversions is directly dependent on the acid sites number on its surface. The catalyst based on borated alumina was active at temperatures from 100 to 200 °C. At the same time, the catalyst based on borated zirconia required the use of temperatures up to 450 °C. The higher metathesis activity of the MoO₃/B₂O₃-Al₂O₃ catalyst related to both with the presence of a greater number of metathesis reaction active sites on its surface due to the formation of highly dispersed molybdenum compounds and, with a greater number of Brønsted acid sites.

1. Голинский Д.В., Виниченко Н.В., Затолокина Е.В., Пашков В.В., Паукштис Е.А., Гуляева Т.И., Павлюченко П.Е., Кроль О.В., Белый А.С. // Рос. Хим. Ж. 2019. Т. 62. № 1-2. С. 55 – 72. https://doi.org/10.6060/rcj.2018621-2.5

2. Speight J.G. // Handbook of Industrial Hydrocarbon Processes. 2020. P. 55 – 93. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-809923-0.00002-3.

3. 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

4. Matar S., Hatch L.F. Chemistry of petrochemical processes. Houston: Gulf Publishing Company, 1995. 392 p. https://doi.org/10.5860/CHOICE.32-2746.

5. Mol J.C. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2004. V. 213. P. 39 − 45. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2003.10.049.

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. Lwin S., Wachs I.E. // ACS Catal. 2014. V. 4/ P. 2505 – 2520. https://doi.org/10.1021/cs500528h.

8. Chakrabarti A., Wachs, I.E. // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. P. 12367 − 12375. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b02426.

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

10. 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.

11. Debecker D.P., Schimmoeller B., Stoyanova M., Poleunis C., Bertrand P., Rodemerck U., Gaigneaux E.M. // J. Catal. 2011. V. 277. P. 154 – 163. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2010.11.003.

12. Debecker D.P., Stoyanova M., Rodemerck U., Gaigneaux E.M. // J. Mol. Catal. A. 2011. V. 340. P. 65 – 76. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2011.03.011.

13. Debecker D.P., Stoyanova M., Rodemerck U., Lonard A., Su B.-L., Gaigneaux E.M. // Catal. Today. 2011. V. 169. P. 60 – 68. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2010.07.026.

14. 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.

15. 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

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

17. 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.

18. Карпова Т.Р., Лавренов А.В , Моисеенко М.А., Гуляева Т.И., Арбузов А.Б., Бухтияров А.В., Герасимов Е.Ю., Глазнева Т.С. // Катализ в промышленности. 2025. Т. 25. № 6. С. 31 – 44. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2025-6-31-44.

19. Исмагилов З.Р., Шкрабина Р.А., Корябкина Н.А. // Экология. Серия аналитических обзоров мировой литературы. 1998. Т. 50. С. 1 – 80.

20. Карпова Т.Р., Булучевский Е.А., Лавренов А.В., Леонтьева Н.Н., Гуляева Т.И., Савельева Г.Г. // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Химия. 2012. Т. 4. № 5. С. 376 – 387.

21. Karpova T., Buluchevskiy E., Lavrenov A., Moiseenko M., Trenikhin M., Arbuzov A., Gulyaeva T., Savelyeva G., Muromtsev I. // Molecular Catalysis. 2021. V. 499. P. 111316:1-9. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2020.111316.

22. Scofield J.H. // J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 1976. V. 8, P. 129 – 137. https://doi.org/10.1016/0368-2048(76)80015-1.

23. Карпова Т.Р., Булучевский Е.А., Лавренов А.В., Леонтьева Н.Н., Тренихин М.В., Гуляева Т.И., Талзи В.П. // Химия в интересах устойчивого развития. 2013. Т. 21. № 1. С. 61 – 68.

24. Tian H., Roberts C.A., Wachs I.E. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. P. 14110 – 14120. https://doi.org/10.1021/jp103269w.

25. Cui Y., Liu N., Xia Y., Lv J., Zheng S., Xue N., Peng L., Guo X., Ding W. // J. Mol. Catal. A Chem. 2014. V. 394. P. 1 – 9. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2014.06.027.

26. Li X., Zhang W., Liu S., Xie S., Zhu X., Bao X., Xu L. // J. Mol. Catal. A Chem. 2009. V. 313. P. 38 – 43. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2009.07.020.

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

28. Ramanathan A., Wu J.-F., Maheswari R., Hu Y., Subramaniam B. // Microporous Mesoporous Mater. 2017. V. 245. P. 118 – 125. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2017.03.001.

29. Cordero R.L., Guerra S.L., Fierro J. L.G., Agudo A.L. // J. Catal. 1990. V. 126.P. 8 – 12. https://doi.org/10.1016/0021-9517(90)90041-H.

30. 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.

31. Handzlik J., Ogonowski J., Stoch J., Mikolajczyk 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.

32. Harlin M.E., Backman L.B., Krause A.O.I., Jylh O.J.T. // J. Catal. 1999. V. 183. № 2. P. 300 – 313. https://doi.org/10.1006/jcat.1999.2413.

33. Morterra C., Magnacca G. // Catal. Today. 1996. V. 27. № 3 – 4. P. 497 – 532. https://doi.org/10.1016/0920-5861(95)00163-8.

34. Delmastro A., Gozzelino G., Mazza D., Vallino M., Busca G., Lorenzelli V. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1992. V. 88. P. 2065 – 2070. https://doi.org/10.1039/FT9928802065

35. Saih Y., Segawa K. // Appl. Catal. A Gen. 2009. V. 353. P. 258 – 265. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2008.10.037.

36. Morterra C., Cerrato G., Di Ciero S. // Appl. Surf. Sci. 1998. V. 126. P. 107 – 128. https://doi.org/10.1016/S0169-4332(97)00581-3.

37. Flego C., Carluccio L., Rizzo C., Perego C. // Catal. Commun. 2001. V. 2. P. 43 – 48. https://doi.org/10.1016/S1566-7367(01)00006-1.

38. Xui T., Wang J., Liu Q. // Microporous Mesoporous Mater. 2011. V. 143. № 2 – 3. P. 362 – 367. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2011.03.014.

39. Malshe K.M., Patil P.T., Umbarkar S.B., Dongare. M.K. // J. Mol. Catal. A. Chemical. 2004. V. 212. P. 337 – 344. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2003.11.016.

40. 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.

41. Sato S., Kuroki M., Sodesawa T., Nozaki F., Maciel G.E. // J. Mol. Catal. A. Chemical. 1995. V. 104. P. 171 – 177. https://doi.org/10.1016/1381-1169(95)00105-0

42. Urbano F.J., Aramendía M.A., Marinas A., Marinas J.M. // J. Catal. 2009. V. 268. P. 79 – 88. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2009.09.005.

43. Паукштис Е.А. ИК-спектроскопия в гетерогенном кислотно-основном катализе. Новосибирск: Наука, 1992. 253 с.

44. Flego C., O'Neil Parker W.O. // Appl. Catal. A Gen. 1999. V. 185. P. 137 – 152. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(99)00137-4

45. Hadjiivanov K., Lavalley J.C. // Catal. Commun. 2001 V. 2. P. 129 – 133. https://doi.org/10.1016/S1566-7367(01)00020-6.

46. Карпова Т.Р., Лавренов А.В., Моисеенко М.А., Потапенко О.В., Ковеза В.А., Булучевский Е.А., Арбузов А.Б., Василевич А.В. // Катализ в промышленности. 2024. Т. 24. № 6. С. 60 – 69. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2024-6-60-69.