Экспериментальные исследования и кинетика окисления водорода кислородом в среде углекислого газа при повышенном давлении на Pt/Pd стекловолокнистых катализаторах

Статья посвящена изучению эффективности стекловолокнистых катализаторов (СВК) в практически важной реакции окисления водорода кислородом в среде углекислого газа при повышенных давлениях. Образцы катализаторов были синтезированы с использованием платины и палладия (в качестве активных металлов), а также термостойких высококремнистых стеклотканей – как немодифицированных, так и модифицированных Zr. Способы приготовления катализаторов включали поверхностный термический синтез и методы выщелачивания/пропитки. Все три протестированных образца проявили примерно одинаковую активность, но предпочтение было отдано СВК на основе Pt, полученному методом поверхностного термического синтеза, так как в нем используется гораздо более дешевая и широко доступная стеклоткань вместо редких и дорогих материалов, модифицированных Zr. Ресурсные испытания этого катализатора в течение более 200 ч показали его высокую стабильность. Скорость реакции окисления водорода на данном катализаторе можно описать кинетическим уравнением, соответствующим закону действующих масс с линейной зависимостью от давления в реакционной системе. Исследуемый СВК может быть выполнен в виде структурированных картриджей с низким перепадом давления и высокой интенсивностью тепломассопереноса в условиях промышленного технологического процесса, поэтому его дальнейшее практическое применение представляется перспективным.

1. Łomot D., Karpiński Z. // Res. Chem. Intermed. 2015. Vol. 41. P. 9171–9179. https://doi.org/10.1007/s11164-015-1935-3.

2. Russell A.E., Ball S.C., Maniguet S., Thompsett D. // J. Power Sources. 2007. Vol. 171. P. 72–78. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.02.050.

3. Balzhinimaev B.S., Paukshtis E.A., Vanag S.V., Suknev A.P., Zagoruiko A.N. // Catal. Today. 2010. Vol. 151. P. 195–199. http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2010.01.011

4. Барелко В.В., Юранов И.А., Черашев А.Ф., Хрущ А.П., Матышак В.А., Хоменко Т.И., Сильченкова О.Н., Крылов О.В. // Доклады Академии наук. 1998. Т. 361. С. 485−488.

5. Kiwi-Minsker L., Yuranov I., Siebenhaar B., Renken A. // Catal. Today. 1999. Vol. 54. P. 39–46. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(99)00165-0

6. Matatov-Meytal Y., Sheintuch M. // Appl. Catal. A: Gen. 2002. Vol. 231. P. 1–16. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(01)00963-2.

7. Reichelt E., Heddrich M.P., Jahn M., Michaelis A. // Appl. Catal. A: Gen. 2014. Vol. 476. P. 78–90. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2014.02.021.

8. Загоруйко А.Н., Лопатин С.А. Структурированные каталитические системы на основе стекловолокнистых катализаторов. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2018. 204 с.

9. Лопатин С.А., Цырульников П.Г., Котолевич Ю.С., Микенин П.Е., Писарев Д.А., Загоруйко А.Н. // Катализ в промышленности. 2015. № 3. С. 67−72. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2015-3-67-72.

10. Lopatin S., Elyshev A., Zagoruiko A. // Catal. Today. 2022. Vol. 383. P. 259–265. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2021.02.010.

11. Zagoruiko A.N., Lopatin S.A., Mikenin P.E., Pisarev D.A.,. Zazhigalov S.V., Baranov D.V. // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2017. Vol. 122. P. 460–472. https://doi.org/10.1016/j.cep.2017.05.018.

12. Xanthopoulou G., Vekinis G. // Appl. Catal. B: Environ. 1998. Vol. 19, No. 1. P. 37–44. https://doi.org/10.1016/S0926-3373(98)00056-3

13. Specchia S., Civera A., Saracco G. // Chem. Eng. Sci. 2004, Vol. 59, No. 22/23. P. 5091–5098. https://doi.org/10.1016/j.ces.2004.08.028

14. Завьялова У.Ф., Третьяков В.Ф., Бурдейная Т.Н., Лунин В.В., Шитова Н.Б., Рыжова Н.Д., Шмаков А.Н., Низовский А.И., Цырульников П.Г. // Кинетика и катализ. 2005. Т. 46, № 5. С. 795−800. https://doi.org/10.1007/s10975-005-0132-6

15. Fino D., Russo N., Saracco G., Specchia V. // J. Catal. 2006. Vol. 242, No. 1. P. 38–47. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2006.05.023

16. K. Morsi // J. Mater. Sci. 2012. Vol. 47, No. 1. P. 68–92. http://dx.doi.org/10.1007/s10853-011-5926-5

17. Yadav G.D., Ajgaonkar N.P., Varma A. // J. Catal. 2012. Vol. 292. P. 99–110. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2012.05.004

18. Postole G., Nguyen T.-S., Aouine M., Gélin P., Cardenas L., Piccolo L. // Appl. Catal. B: Environ. 2015. Vol. 166/167. P. 580–591. https://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.11.024

19. Desyatikh I.V., Vedyagin A.A., Kotolevich Yu.S., Tsyrul’nikov P.G. // Combust. Explos. Shock Waves. 2011. Vol. 47, P. 677–682. https://doi.org/10.7868/S0453881112060019

20. Котолевич Ю.С., Супрун Е.А., Шарафутдинов М.Р., Цырульников П.Г., Саланов А.Н., Гончаров В.Б. // Изв. высш. учеб. заведений. Физика. 2011. Т. 54, № 12/2. С. 48–53.

21. Афонасенко Т.Н., Цырульников П.Г., Гуляева Т.И., Леонтьева Н.Н., Смирнова Н.С., Кочубей Д.И., Мироненко О.О., Свинцицкий Д.А., Боронин А.И., Котолевич Ю.С., Супрун Е.А., Саланов А.Н. // Кинетика и катализ. 2013. Т. 54, № 1. С. 61−70. https://doi.org/10.7868/S0453881112060019

22. Kotolevich Y.S., Khramov E.V., Mironenko O.O., Zubavichus Ya.V., Murzin V.Yu., Frey D.I., Metelev S.E., Shitova N.B., Tsyrulnikov P.G. // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2014. Vol. 23, No. 1. P. 9–17. https://doi.org/10.3103/S1061386214010075

23. Kotolevich Y.S., Mamontov G.V., Vodyankina O.V., Petrova N.I., Smirnova N.S., Tsyryul’nikov P.G., Trenikhin M.V., Nizovskii A.I., Kalinkin A.V., Smirnov M.Y., Goncharov V.B. // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2017. Vol. 26, No. 4. P. 234–239. https://doi.org/10.3103/S1061386217040045