Studies of Physicochemical and Catalytic Properties of Mixed Oxide CuO-Fe2O3-Al2O3 for Reactions of Deep Oxidation

The studies were aimed at developing a less expensive and environmentally friendly catalyst than the currently used industrial catalyst CuCr₂O₄/Al₂O₃. CuO-Fe₂O₃-Al₂O₃ systems prepared by fusing the nitrate salts were examined. The mixed oxides were characterized using a set of physicochemical techniques (XRD, XPS, TPR, low-temperature nitrogen adsorption). The catalysts were tested in the reactions of deep oxidationof CO and CH₄ in a flow and circulating flow reactors. The dependence of the activity of Fe₂O₃-Al₂O₃ to oxidation of CO and methane was shown to go through maximum at ca. 18 % of the alumina content. With CuO-Fe₂O₃-Al₂O₃ catalysts, an increase in the copper oxide proportion led to an increase in the catalyst activity to oxidation of CO, there being correlation between the activity and the surface copper concentration. Calcination of CuO-Fe₂O₃-Al₂O₃ at 800 °C for 5 hours resulted in a decrease in the catalytic activity to oxidation of CO due to a decrease in the total specific surface area of the catalyst and to the formation of the phases which are less active to the deep oxidation. Nevertheless, the calcined catalyst CuO-Fe₂O₃-Al₂O₃ competes well with the industrial chromium-containing catalyst CuCr₂O₄/Al₂O₃.

1. Симонов А.Д., Федоров И.А., Дубинин Ю.В., Языков Н.А., Яковлев В.А., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2012. № 3. С. 50—57.

2. Симонов А.Д., Языков Н.А., Ведякин П.И., Лавров Г.А., Пармон В.Н. // Химия в интересах устойчивого развития. 2001. № 1. С. 97—104.

3. Пармон В.Н., Симонов А.Д., Садыков В.А., Тихов С.Ф. // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51. № 2. С. 5—13.

4. Prasad R., Kennedy L.A., Ruckenstein E. // Catalysis Reviews. 1984. Vol. 26. N 1. P. 1—58.

5. Zwinkels M.F.M., Järås S.G., Menon P.G., Griffin T.A. // Catalysis Reviews. 1993. Vol. 35. N 3. P. 319—358.

6. Ding J., Zhong Q., Zhang S., Cai W. // Journal of Hazardous Materials. 2015. Vol. 283. P. 633—642.

7. Gao Z.-F., Wu Z.-J., Liu W.-M. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2016. Vol. 4. N 2. P. 1653—1663.

8. Lin C., Qin W., Dong C. // Chemical Engineering Journal. 2016. Vol. 301. P. 257—265.

9. Meng T., Xie P., Qin H., Liu H., Hua W., Li X., Ma Z. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2016. Vol. 421. P. 109—116.

10. Кругляков В.Ю. // Дис. … канд. техн. наук: 2010., 107 c.

11. Федоров А.В., Языков Н.А., Ермаков Д.Ю., Каичев В.В., Симонов А.Д., Яковлев В.А. // Катализ в промышленности. 2015. Т. 15. № 2. С. 61—67.

12. Wagloehner S., Kureti S. // Applied Catalysis B: Environmental. 2012. Vol. 125. P. 158—165.

13. Amini E., Rezaei M., Sadeghinia M. // Chinese Journal of Catalysis. 2013. Vol. 34. N 9. P. 1762—1767. 14. Васенин Н.Т., Федорова А.А., Ануфриенко В.Ф., Ларина Т. В., Морозов И.В., Паукштис Е.А., Исмагилов З.Р. // Журнал физической химии. 2005. Т. 79. № 8. С. 1417—1423.

14. Морозов И.В., Любушкин Р.А., Федорова А.А., Петров М.Н., Бурдейная Т.Н., Третьяков В.Ф. // Кинетика и катализ. 2006. Т. 47. № 1. С. 40—44.

15. Симонов А.Д., Языков Н.А. // Химическая промышленность. 1996. № 3. С. 191—197.

16. Patterson A.L. // Physical Review. 1939. Vol. 56. N 10. P. 978—982.

17. Пахаруков И.Ю., Бобров Н.Н., Пармон В.Н. // Катализ в химической и нефтехимической промышленности. 2008. Т. 6. С. 11—16.

18. Бобров Н.Н. Промышленный катализ в лекциях. М.: Калвис: 2006.

19. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. 1991.

20. Cao J.-L., Wang Н., Yu X.-L., Wang S.-R., Wu S.-H., Yuan Z.-Y. // Applied Catalysis B: Environmental. 2008. Vol. 79. P. 26—34.

21. El-Shobaky H.G., Fahmy Y.M. // Materials Research Bulletin. 2006. Vol. 41. P. 1701—1713.

22. Halim K.S.A., Ismail A.M., Khedr M.H., Abadir M.F. // Topics in Catalysis. 2008. Vol. 47. P. 66—72.

23. Iamarino M., Chirone R., Lisi L., Pirone R., Salatino P., Russo G. // Catalysis Today. 2002. Vol. 75. P. 317—324.

24. Luo M.-F., Fang P., He M., Xie Y.-L. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2005. Vol. 239. P. 243—248.

25. Cao J.-L., Wang Y., Yu X.-L., Wang S.-R., Wu S.-H., Yuan Z.-Y. // Applied Catalysis B: Environmental. 2008. V. 79. N 1. P. 26—34.

26. Litt G., Almquist C. // Applied Catalysis B: Environmental. 2009. V. 90. N 1—2. P. 10—17.

27. Águila G., Gracia F., Cortés J., Araya P. // Applied Catalysis B: Environmental. 2008. V. 77. N 3—4. P. 325—338.

28. Lin X., Li R., Zhang Y., Zhan Y., Chen C., Zheng Q., Ma J. // International Journal of Hydrogen Energy. 2015. V. 40. N 4. P. 1735—1741.

29. Zhu X., Tu X., Mei D., Zheng C., Zhou J., Gao X., Luo Z., Ni M., Cen K. // Chemosphere. 2016. V. 155. P. 9—17.

30. Luo M.-F., Fang P., He M., Xie Y.-L. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2005. V. 239. N 1—2. P. 243—248.

31. Scofield J.H. // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 1976. V. 8. N 2. P. 129—137.

32. Боресков Г.К. Механизм катализа. Ч. 1. Природа каталитического действия. М.: Наука, 1984.

33. Алхазов Т.Г, Маголис Л.Я. Глубокое каталитическое окисление органических веществ. М.: Химия, 1985.

34. Андрушкевич Т.В., Поповский В.В., Боресков Г.К. // Кинетика и катализ. 1965. Т. 6 №. 5. С. 860—863.

35. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. М.: Наука, 1986.