New Mixed Perovskite-Like Catalysts Gd2–xSr1+xFe2O7 for Carbon Dioxide Conversion of Methane and for Production of Light Olefins

Catalytic properties of complex perovskite-like gadolinium and strontium oxides were studied during carbon dioxide conversion of methane and production of gaseous olefins via hydrogenation of carbon monoxide. The Gd₂SrFe₂O₇ and Gd_2–xSr_1+xFe₂O₇ (x = 0.1; 0.2; 0.3; 0.4) samples were prepared by the sol-gel method and ceramic technology, and characterized using XPS, SEM, photon correlation spectroscopy, Moessbauer spectroscopy and low-temperature nitrogen desorption. Better catalytic performance was observed with the catalysts prepared by the sol-gel method but not with the ceramic systems. Non-isovalent substitution of Sr²⁺ for Gd³⁺ resulted in distortion of the complex oxide structure and in the appearance of heterovalent states of iron atoms (Fe³⁺ and Fe⁴⁺) that affected the reactant conversions and selectivities to the target products. The Gd_2–xSr_1+xFe₂O₇ (x = 0.3) catalyst was most active to carbon dioxide conversion of methane and most selective to unsaturated hydrocarbons (ethylene and propylene) during hydrogenation of carbon monoxide.

1. Wood D. // Oil & Gas Journal. 2007. V. 12. P. 20—24.

2. Хазова Т. // Нефтегаз. 2013. № 4. С. 34—35.

3. Погосян Н.М. Получение олефинов сопряженным окислением легких углеводородов // Дис. … канд. хим. наук. Москва, 2016. С. 103.

4. Kun Zhao, Fang He, Zhen Huang, Guoqiang Wei, Anqing Zheng, Haibin Li, Zengli Zhao // Applied Energy. 2016. V. 168. Р. 193—203.

5. Salker A.V., Gurav S.M. // J. Mater. Sci. 2000. V. 35. Р. 4713—4719.

6. Мамедов А.Х., Мирзабеков С.Р., Ширяев Ш.А., Шапкин Д.П. // Нефтехимия, 1990. Т. 30. С. 492—496.

7. Мирзабекова С.Р., Мамедов А.Х., Алиев В.С. // Нефтехимия.1993. Т. 33. С. 62—70.

8. Мирзабекова С.Р., Мамедов А.Х., Крылов О.В. // Кинетика и катализ. 1993. Т. 34. № 3. С. 522—528.

9. Touahra F., Rabahi A., Chebout R., Boudjemaa A., Lerari D., Sehailia M., Halliche D., Bachari K. // Int. J. Hydrogen Energy. 2016. V. 41. Р. 2477-2486.

10. Radlik M., Adamowska-Teyssier M., Krztoń A., Kozieł K., Krajewski W., Turek W., Da Costa P. // C. R. Chimie. 2015. V. 18. Р. 1242—1249.

11. De Caprariis B., de Filippis P., Palma V., Petrullo A., Ricca A., Ruocco C., Scarsella M. // Appl. Catal. A: General. 2016. V. 517. Р. 47—55.

12. Drif A., Bion N., Brahmi R., Ojala S., Pirault-Roy L., Turpeinen E., Seelam P.K., Keiski R.L., Epron F. // Applied Catalysis A: General. 2015. V. 504. Р. 576—584.

13. Shlyakhtin О.А., Mazo G.N., Kaluzhskikh M.S., Komissarenko D.A., Loktev A.S., Dedov A.G. // Materials Letters. 2012. V. 75. P. 20-22.

14. Дедов А.Г., Локтев A.C., Мазо Г.Н., Леонова Л.С., Комиссаренко Д.А, Мамаев Ю.А., Калужских М.С., Шляхтин О.А., Кузнецова Е.П., Карташева М.Н., Моисеев И.И. // ДАН. 2011. Т. 441. № 5. С. 635—638.

15. Zagaynov I.V., Loktev A.S., Arashanova A.L., Ivanov V.K., Dedov A.G., Moiseev I.I. // Chem. Eng. J. 2016. V. 290. Р. 193—200.

16. Dedov A.G., Loktev A.S., Moiseev I.I., Aboukais A., Lamonier J.-F., Filimonov I.N. // Appl. Catal., A. 2003. V. 245. Р. 209—220.

17. Дедов А.Г., Локтев А.С., Меньщиков В.А., Карташева М.Н., Пархоменко К.В., Моисеев И.И. // ДАН. 2001. Т. 380. № 6. C. 791—794.

18. Дедов А.Г., Локтев А.С., Нипан Г.Д., Дорохов С.Н., Голиков С.Д., Спесивцев Н.А., Мои сеев И.И. // Нефтехимия. 2015. № 2. С. 171—176.

19. Нипан Г.Д., Локтев А.С., Пархоменко К.В., Голиков С.Д., Дедов А.Г., Моисеев И.И. // ДАН. 2013. Т. 448. № 5. С. 551—554.

20. Jinjing Li, Xiulian Pan, Xinhe Bao // Chinese Journal of Catalysis. V. 36. Is. 7. July 2015. Р. 1131—1135.

21. Xinhua Gao, Jianli Zhang, Ning Chen, Qingxiang Ma, Subing Fan, Tiansheng Zhao, Noritatsu Tsubaki // Chinese Journal of Catalysis. V. 37. Is. 4. April 2016. Р. 510—516.

22. Зверева И.А., Отрепина И.В., Семенов В.Г., Тугова Е.А., Попова В.Ф., Гусаров В.В. // Журнал общей химии. 2007. Т. 77. №. 6. С. 881—886.

23. Отрепина И.В., Володин В.В., Зверева И.А., Liu D.Sh. // Физика и химия стекла. 2009. Т.35. №. 4. С. 558 —567.

24. Числова И.В., Матвеева А.А., Волкова А.В., Зверева И.А. // Физика и химия стекла. 2011. Т. 37. №. 6. С. 653—660.

25. Shilova A., Chislova I., Panchuk V., Semenov V., Zvereva I. // Solid State Phenomena. 2013. V. 194. Р. 116-119.

26. Числова И.В. Процессы фазообразования, структура, магнитные и каталитические свойства сложных ферритов гадолиния и стронция Gd2–хSr1+хFe2O7-α // Дис. … канд. хим. наук. СПб., 2015.

27. Рогинский С.З., Яновский М.И., Берманд А.Д. Основы применения хроматографии в катализе. АН СССР. Институт химической физики. М.: Наука, 1972. 376 с.

28. Dementyeva M.V., Sheshko T.F., Serov Yu.M. // Theor. Exp. Chem. V. 49. No. 1. Р. 46-51 March, 2013.

29. Rajadurai S., Carberry J.J., Li B., Alcock C.B. // J. Catal. 1991. V. 131. Р. 582—589.