Ni, Mo-containing catalysts for the single-step synthesis of propylene from ethylene: the effect of the support nature

Polyfunctional Ni, Mo-containing catalysts were synthesized by sequential impregnation of the support (SiO2, Al2O3, B2O3-Al2O3, SO42–/Al2O3,SO42–/ZrO2) with solutions of the corresponding salts with intermediate drying at 120 °C and calcination at 500–550 °C. Physicochemical properties of the synthesized catalysts were studied by XRD, H2-TPR, UV-vis spectroscopy and EPR; the catalysts were tested in the singlestep synthesis of propylene from ethylene at atmospheric pressure, temperature 200 °С, and ethylene mass flow rate 0.5 h–1. The maximum values of ethylene conversion and propylene yield were observed for the sample synthesized from borate-containing alumina; this is related to the formation of active sites of ethylene dimerization – the Ni2+ cations bound to acid sites of the support, and active sites of metathesis – the surface monomolybdate compounds.

1. https://www.nexant.com/resources/purpose-what-s-drivingnew-propane-dehydrogenation-projects-north-america

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

3. US Patent 8395005, 2013.

4. Патент РФ 2383522; опубл. 2010.

5. Andrei R.D., Popa M.I., Fajula F., Cammarano C., Khudhair A.Al, Bouchmella K., Mutin P.H., Hulea V. // ACS Catal. 2015. V. 5. P. 2774—2777. https://doi.org/10.1021/acscatal.5b00383

6. Beucher R., Andrei R.D., Cammarano C., Galarneau A., Fajula F., Hulea V. // ACS Catal. 2018. V. 8. P. 3636—3640. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b00663

7. Li L., Palcheva R.D., Jens K.J. // Top. Catal. 2013. V. 56. P. 783—788. https://doi.org/10.1007/s11244-013-0036-z

8. Hulea V. // Catal. Sci. Technol. 2019. V. 9. P. 4466—77. https://doi.org/10.1039/C9CY00870E

9. Патент РФ 2370314; опубл. 2009.

10. Булучевский Е.А., Карпова Т.Р., Сайфулина Л.Ф., Лавренов А.В. // Российский химический журнал. 2018. Т. LXII. № 1—2. С. 110—116. https://doi.org/10.6060/rcj.2018621-2.8

11. US Patent 3689589, 1972.

12. Tanaka K, Tanaka K-i. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1. 1987. V. 83. P. 1859—1868. https://doi.org/10.1039/f19878301859

13. US Patent 3728415, 1973.

14. Карпова Т.Р., Лавренов А.В., Булучевский Е.А., Гуляева Т.И., Буяльская К.С., Шилова А.В., Леонтьева Н.Н., Арбузов А.Б., Дроздов В.А. // Катализ в промышленности. 2014. № 1. С. 24—31.

15. Ghashghaee M. // Rev. Chem. Eng. 2018. V. 34. P. 595—655. https://doi.org/10.1515/revce-2017-0003

16. Martínez A., Arribas M.A., Concepción P., Moussa S. // Appl. Catal. A Gen. 2013. V. 467. P. 509—518. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2013.08.021

17. Stoyanova M., Bentrup U., Atia H., Kondratenko E.V., Linke D., Rodemerck U. // Catal. Sci. Technol. 2019. V. 9. P. 3137—48. https://doi.org/10.1039/C9CY00696F

18. Sayfulina L.F., Buluchevskiy E.A., Lavrenov A.V., Gulyaeva T.I., Trenikhin M.D., Protasova O.V., Gerasimov E.Y., Gulyaev R.V., Drozdov V.A. // Adv. Mater. Res. 2015. V. 1085. P. 17—22. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1085.17

19. 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

20. Debecker D.P., Hauwaert D., Stoyanova M., Barkschat A., Rodemerck U., Gaigneaux E.M. // Appl. Catal. A Gen. 2011. V. 391. P. 78—85. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2010.06.021

21. Ibrahim M.A., Akhtar M.N., Cejka J., Montanari E., Balcar H., Kubu M., Al-Khattaf S.S. // J. Ind. Eng. Chem. 2017. V. 53. P. 119—126. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2017.04.012

22. Лавренов А.В., Булучевский Е.А., Карпова Т.Р., Моисеенко М.А., Михайлова М.С., Чумаченко Ю.А., Скорплюк А.А., Гуляева Т.И., Арбузов А.Б., Леонтьева Н.Н., Дроздов В.А. // Химия в интересах устойчивого развития. 2011. № 1. С. 87—95.

23. Булучевский Е.А., Михайлова М.С., Лавренов А.В. // Химия в интересах устойчивого развития. 2013. № 1. С. 55—59.

24. Сайфулина Л.Ф., Булучевский Е.А., Лавренов А.В. // Журнал Сибирского федерального университета, серия химическая. 2014. Т. 7. № 4. С. 526—535.

25. Лавренов А.В., Сайфулина Л.Ф., Булучевский Е.А., Богданец Е.Н. // Катализ в промышленности. 2015. № 2. С. 9—16.

26. Grünert W., Stakheev A.Yu., Mörke W., Feldhaus R., Anders K., Shpiro E.S., Minachev K.M. // J. Catal. 1992. V. 135. P. 269—286. https://doi.org/10.1016/0021-9517(92)90286-Q

27. Zhang B., Liu N., Lin Q., Jin D. // J. Mol. Catal. 1991. V. 65. P. 15—28. https://doi.org/10.1016/0304-5102(91)85078-G

28. Song X., Sayari A. // Catal. Rev. Sci. Eng. 1996. V. 38. № 3. P. 329—412. https://doi.org/10.1080/01614949608006462

29. Sohn J.R., Park W.C., Kim H.W. // J. Catal. 2002. V. 209. P. 69—74. https://doi.org/10.1006/jcat.2002.3581

30. Bergwerff J.A., Visser T., Leliveld B.R.G., Rossenaar B.D., de Jong K.P., Weckhuysen B.M. // J. Am. Chem. Soc. 2004. V. 126. P. 14548—14556. https://doi.org/10.1021/ja040107c

31. Nikolova D., Edreva-Kardjieva R., Giurginca M., Meghea A., Vakros J., Voyiatzis G.A., Kordulis C. // Vib. Spectrosc. 2007. V. 44. № 2. P. 343—350. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2007.03.002

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

33. Лавренов А.В., Булучевский Е.А., Моисеенко М.А., Дроздов В.А., Арбузов А.Б., Гуляева Т.И., Лихолобов В.А., Дуплякин В.К. // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. № 3. С. 423—428.

34. Budukva S.V., Klimov O.V., Chesalov Y.A., Prosvirin I.P., Larina T.V., Noskov A.S. // Catal. Lett. 2018. V. 148. P. 1525—1534. https://doi.org/10.1007/s10562-018-2365-9

35. Tian H., Roberts C.A., Wachs I.E. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. № 33. P. 14110—14120. https://doi.org/10.1021/jp103269w

36. Wu H.-C., Chen T.-C., Wu J.-H., Pao C.-W., Chen C.-S. // J. Colloid Interface Sci. 2021. V. 586. P. 514—527. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.10.117

37. Miao Y., Lu G., Liu X., Guo Y., Wang Y., Guo Y. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2009. V. 306. P. 17—22. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2009.02.017

38. Ferdous D., Dalai A.K., Adjaye J. // Appl. Catal. A Gen. 2004. V. 260. P. 137—151. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2003.10.010

39. Rajagopal S., Marini H.J., Marzari J.A., Miranda R. // J. Catal. 1994. V. 147. № 2. P. 417—428. https://doi.org/10.1006/jcat.1994.1159

40. Domínguez-Crespo M.A., Arce-Estrada E.M., Torres-Huerta A.M., Díaz-García L., Cortez de la Paz M.T. // Mater. Charact. 2007. V. 58. P. 864—873. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2006.08.013

41. Lwin S., Wachs I.E. // ACS Catal. 2014. V. 4. № 8. P. 2505—2520. https://doi.org/10.1021/cs500528h

42. Debecker D.P., Stoyanova M., Rodemerck U., Gaigneaux E.M. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2011. V. 340. №