Оценка эффективности ряда промышленных отечественных катализаторов в реакции разложения аммиака

В условиях импортозамещения востребованной является адаптация отечественных промышленных катализаторов к применению для важных технологических процессов, в числе которых не сопровождающееся выбросами СОх и NОх экологически чистое получение водорода. Аммиак представляется наиболее перспективным аккумулятором Н2 в силу высокой плотности по водороду, простоте хранения и транспортировки. В работе показана возможность использования промышленных отечественных катализаторов НИАП-03-01, НИАП-07-01, НИАП-06-06 и разработанного нами Со-Al2O3 /SiO2 в реакции диссоциации аммиака. Степень превращения и производительность по водороду растет в ряду НИАП-06-06 – НИАП-03-01 – НИАП-07-01 – Со-Al2O3 /SiO2. При 550 °С и ОСГ 3000 ч–1 конверсия аммиака на Со-Al2O3 /SiO2 близка к 100 %. Эффективные энергии активации всех катализаторов сопоставимы с имеющимися в литературе для реакции разложения аммиака, что делает потенциально возможным их применение при умеренных температурах.

1. Тарасов Б.П., Лотоцкий М.В., Яртысь В.А. // Российский химический журнал. 2006. Т. 50. № 6. С. 34-48.

2. Bell T.E., Torrente-Murciano L. // Topics in Catalysis. 2016. V. 59. № 15. P. 1438-1457. DOI: 10.1007/s11244-016-0653-4.

3. Sakintuna B., Lamari-Dirkkim F, Hirscher M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2007. V. 32. P. 1121-1140. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2006.11.022.

4. Lucentini I., Garcia X., Vendrell X., Llorca J. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2021. V. 60. № 51. P. 18560-18611. DOI: 10.1021/acs.iecr.1c00843.

5. Murray L.J., Dincă M., Long J.R. // Chemical Society Reviews. 2009. V. 38. № 5. P. 1294-1314. DOI: 10.1039/B802256A.

6. Lamb K.E., Dolan M.D., Kennedy D.F. // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 7. P. 3580-3593. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.12.024.

7. Schlögl R. // Angewandte Chemie International Edition. 2003. V. 42. № 18. P. 2004-2008. DOI: 10.1002/anie.200301553.

8. Chang F., Gao W., Guo J., Chen P. Emerging Materials and Methods toward Ammonia‐Based Energy Storage and Conversion // Advanced Materials. 2021. V. 33. № 50. P. 2005721. DOI: 10.1002/adma.202005721.

9. Mukherjee S., Devaguptapu S.V., Sviripa A., Lund C.R., Wu G. // Applied Catalysis B: Environmental. 2018. V. 226. P. 162-181. DOI: 10.1016/j.apcatb.2017.12.039.

10. Xie P., Yao Y., Huang Z., Liu Z., Zhang J., Li T., Wang G., Shahbazian-Yassar R., Hu L., Wang C. // Nature communications. 2019. V. 10. № 1. P. 1-12. DOI: 10.1038/s41467-019-11848-9.

11. Khan W.U., Alasiri H.S., Ali S.A., Hossain M.M. // The Chemical Record. 2022. P. e202200030. DOI: 10.1002/tcr.202200030.

12. Miao M., Gong X., Lei S., Wang L., Sha M., Meng Q. // Chemical Physics. 2021. V. 548. P. 111249. DOI: 10.1016/j.chemphys.2021.111249.

13. Duan X., Ji J., Qian G., Fan C., Zhu Y., Zhou X., Chen D., Yuan W. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2012. V. 357. P. 81-86. DOI: 10.1016/j.molcata.2012.01.023.

14. Le T.A., Do Q.C., Kim Y., Kim T.W., Chae H.J. // Korean Journal of Chemical Engineering. 2021. V. 38. № 6. P. 1087-1103. DOI: 10.1007/s11814-021-0767-7.

15. Yin S.F., Xu B.Q., Zhou X.P., Au C.T.A. // Applied Catalysis A: General. 2004. V. 277. № 1-2. P. 1-9. DOI: 10.1016/j.apcata.2004.09.020.

16. Lendzion-Bieluń Z., Pelka R., Arabczyk W. // Catalysis letters. 2009. V. 129. № 1. P. 119-123. DOI: 10.1007/s10562-008-9785-x.

17. Gu Y.Q., Jin Z., Zhang H., Xu R.J., Zheng M.J., Guo Y.M., Jia C.J. // Journal of Materials Chemistry A. 2015. V. 3. № 33. P. 17172-17180. DOI: 10.1039/C5TA04179A.

18. Ganley J.C., Thomas F.S., Seebauer E.G., Masel R.I. // Catalysis Letters. 2004. V. 96. №. 3. P. 117-122. DOI:10.1023/b:catl.0000030108.50691.d4.

19. Яковенко Р.Е., Зубков И.Н., Нарочный Г.Б., Папета О.П., Денисов О.Д., Савостьянов А.П. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 2. С. 278–286. DOI: 10.31857/S0453881120020148.

20. Авербух А.Я., Тумаркина Е.С., Мухленов И.П., Копылев Б.А, Румянцева Е.С. Практикум по общей химической технологии: Учебное пособие для студентов вузов. Под ред. И.П. Мухленова. М.: Высшая школа, 1979. 421 с.

21. Ay S., Ozdemir M., Melikoglu M. // Chemical Engineering Research and Design. 2021. V. 175. P. 146-160. DOI: 10.1016/j.cherd.2021.08.039.

22. Zeng Y., Chen G., Wang J., Zhou R., Sun Y., Weidenkaff A., Shen B., Tu X. // Journal of the Energy Institute. 2022. V. 104. P. 12-21. DOI: 10.1016/j.joei.2022.06.008.

23. Kwon Y., Eichler J.E., Mullins C.B. // Journal of CO2 Utilization. 2022. V. 63. P. 102112. DOI: 10.1016/j.jcou.2022.102112.

24. Jozwiak W.K., Kaczmarek E., Maniecki T.P., Ignaczak W., Maniukiewicz W. // Applied Catalysis A: General. 2007. V. 326. P. 17-27. DOI: 10.1016/j.apcata.2007.03.021.

25. Yu X., Lin B., Lin J., Wang R., Wei K. // Journal of Rare Earths. 2008. V. 26. P. 711-716. DOI: 10.1016/S1002-0721(08)60168-4.

26. Lin H.Y., Chen Y.W. // Materials chemistry and physics. 2004. V. 85. № 1. P. 171-175. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2003.12.028.

27. Wong L., Tang L., Scarlett N.V., Chiang K., Patel J., Burke N., Sage V. // Applied Catalysis A: General. 2017. V. 537. P. 1-11. DOI: 10.1016/j.apcata.2017.02.022.

28. Steen E., Sewell G.S., Makhothe R.A., Micklethwaite C., Manstein H., Lange M., O'Connor C.T. // Journal of Catalysis. 1996. V. 162. № 2. P. 220-229. DOI: 10.1006/jcat.1996.0279.

29. Sexton B.A., Hughes A.E., Turney T.W. // Journal of Catalysis. 1986. V. 97. № 2. P. 390-406. DOI: 10.1016/0021-9517(86)90011-4.

30. PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. PDF#01-070-6828.

31. PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. PDF#01-078-3327.

32. PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. PDF#01-073-1519.

33. PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. PDF#01-075-0783.

34. PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. PDF#00-046-1312.

35. PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. № (ICDD 42-1467).

36. Ortega K.F., Rein D., Lüttmann C., Heese J., Özcan F., Heidelmann M., Folke J., Kähler K., Schlögl R., Behrens M. // ChemCatChem. 2017. V. 9. № 4. P. 659-671. DOI: 10.1002/cctc.201601355.

37. Arabczyk W., Zamlynny J. // Catalysis Letters. 1999. V. 60. № 3. P. 167-171. DOI: 10.1023/A:1019007024041.

38. Li Y., Yao L., Liu S., Zhao J., Ji W., Au C.T. // Catalysis Today. 2011. V. 160. № 1. P. 79-86. DOI: 10.1016/j.cattod.2010.02.066.

39. Itoh M., Masuda M., Machida K. // Materials Transactions. 2002. V. 43. № 11. P. 2763-2767. DOI: 10.2320/matertrans.43.2763.

40. Duan X., Qian G., Zhou X., Sui Z., Chen D., Yuan W. // Applied Catalysis B: Environmental. 2011. V. 101. № 3-4. P. 189-196. DOI: 10.1016/j.apcatb.2010.09.017.

41. Zhang J., Müller J.O., Zheng W., Wang D., Su D., Schlögl R. // Nano Letters. 2008. V. 8. № 9. P. 2738-2743. DOI: 10.1021/nl8011984.

42. Deng Q.F., Zhang H., Hou X.X., Ren T.Z., Yuan Z.Y. // International Journal of Hydrogen Energy. 2012. V. 37. № 21. P. 15901-15907. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.08.069.

43. Sima D., Wu H., Tian K., Xie S., Foo J.J., Li S., Liu Y.Q. // International Journal of Hydrogen Energy. 2020. V. 45. № 16. P. 9342-9352. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.01.209.

44. Vacharapong P., Arayawate S., Henpraserttae S., Katanyutanon S., Charojrochkul S., Lawtrakul L., Toochinda P. // ChemistrySelect. 2019. V. 4. № 40. P. 11913-11919. DOI: 10.1002/slct.201902663.

45. Henpraserttae S., Charojrochkul S., Klysubun W., Lawtrakul L., Toochinda P. // Catalysis Letters. 2018. V. 148. № 6. P. 1775-1783. DOI: 10.1007/s10562-018-2381-9.

46. Henpraserttae S., Charojrochkul S., Lawtrakul L., Toochinda P. // ChemistrySelect. 2018. V. 3. № 42. P. 11842-11850. DOI: 10.1002/slct.201802975.

47. Huang C., Li H., Yang J., Wang C., Hu F., Wang X., Zhang R. // Applied Surface Science. 2019. V. 478. P. 708-716. DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.01.269.

48. Chang F., Wu H., Pluijm R. V. D., Guo J., Ngene P., De Jongh P.E. // The Journal of Physical Chemistry C. 2019. V. 123. № 35. P. 21487-21496. DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b03878.

49. Meng T., Xu Q.Q., Li Y.T., Chang J.L., Ren T.Z., Yuan Z.Y. // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2015. V. 32. P. 373-379. DOI: 10.1016/j.jiec.2015.09.017.

50. Li X.K., Ji W.J., Zhao J., Wang S.J., Au C.T. // Journal of Catalysis. 2005. V. 236. № 2. P. 181-189. DOI: 10.1016/j.jcat.2005.09.030.

51. Zhang Z.S., Fu X.P., Wang W.W., Jin Z., Song Q.S., Jia C.J // Science China Chemistry. 2018. V. 61. № 11. P. 1389-1398. DOI: 10.1007/s11426-018-9261-5.

52. Torrente-Murciano L., Hill A.K., Bell T.E. // Catalysis Today. 2017. V. 286. P. 131-140. DOI: 10.1016/j.cattod.2016.05.041.

53. Zhang H., Alhamed Y.A., Kojima Y., Al-Zahrani A.A., Petrov L.A. // Comptes Rendus L’Academie Bulg. des Sci. 2013. V. 66. P. 519-524.

54. Hu X. C., Wang W.W., Jin Z., Wang X., Si R., Jia C.J. // Journal of Energy Chemistry. 2019. V. 38. P. 41-49. DOI: 10.1016/j.jechem.2018.12.024.

55. Podila S., Alhamed Y.A., AlZahrani A.A., Petrov L.A // International Journal of Hydrogen Energy. 2015. V. 40. № 45. P. 15411-15422. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.09.057.

56. Podila S., Driss H., Zaman S.F., Alhamed Y.A., AlZahrani A.A., Daous M.A., Petrov L.A. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2016. V. 414. P. 130-139. DOI: 10.1016/j.molcata.2016.01.012.

57. Zhang H., Alhamed Y.A., Chu W., Ye Z., AlZahrani A., Petrov L. // Applied Catalysis A: General. 2013. V. 464. P. 156-164. DOI: 10.1016/j.apcata.2013.05.046.

58. Lara-Garcia H.A., Mendoza-Nieto J.A., Pfeiffer H., Torrente-Murciano L. // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 57. P. 30062-30074. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.09.120.

59. Li G., Zhang H., Yu X., Lei Z., Yin F., He X. // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 26. P. 12882-12892. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.02.046.

60. Голосман Е.З., Волченкова С.А. // НефтеГазоХимия. 2017. № 3. С. 41–51.

61. Стрекалов Ю.В., Ефремов В.Н., Кашинская А.В., Голосман Е.З. // Экология и промышленность России. 2014. № 8. С. 24–27.

62. Еремина Ю.Г., Хисамутдинова Э.Р., Моисеев М.М., Гаврилкин А.А. // Успехи в химии и химической технологии. 2007. Т. 21. № 9 (77). С. 100–102.

63. Моисеев М.М., Леонов В.Т., Моисеева И.Д. // Известия Тульского гос. ун-та. Естественные науки. 2014. № 1–2. С. 27–33.