Preview

Российские нанотехнологии

Расширенный поиск

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДНОГО НОСИТЕЛЯ КАТАЛИЗАТОРОВ PT/C НА СЕЛЕКТИВНОСТЬ ГИДРИРОВАНИЯ АЦЕТИЛЕНА В ЭТИЛЕН

Полный текст:

Аннотация

Методами электронной микроскопии и РФЭС показано, что структура углеродного материала (углеродных нановолокон, УНВ, и углеродных нанотрубок, УНТ) влияет на электронное состояние и размеры нанесенных платиновых частиц, которые обладают высокой каталитической активностью в гидрировании ацетилена. Увеличение содержания платины в катализаторах Pt/УНВ от 0.075 до 0.3 % Pt приводит к повышению активности катализаторов и уменьшению селективности реакции по этилену, что связано с уменьшением дисперсности наночастиц платины. Методом РФЭС обнаружено, что платина на поверхности УНТ в среднем находится в более окисленном состоянии, чем при ее закреплении на поверхности УНВ. Регистрация наличия значительной концентрации атомов хлора, оставшегося в носителях после приготовления катализаторов, позволяет связать появление окисленных состояний платины с различиями в количестве и природе центров их стабилизации на поверхности углеродных наноматериалов. Кроме того, для системы Pt/УНТ установлено, что часть платины находится внутри каналов углеродных нанотрубок. Наблюдаемые различия в состоянии платиновых наночастиц, нанесенных на УНТ и УНВ, оказывают влияние на селективность действия катализаторов. Так, селективность по этилену катализаторов 0.075 % Pt/УНТ выше, чем селективность катализатора 0.075 % Pt/УНВ. Это может быть связано с различной электронной структурой платины в катализаторах, а также, вероятно, с более быстрой кнудсеновской диффузией ацетилена в каналах УНТ по сравнению с этиленом.

Об авторах

В. В. Чесноков
Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН
Россия

630090, Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 5,

AlexCsh@yandex.ru



Д. А. Свинцицкий
Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН; Новосибирский государственный университет
Россия

630090, Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 5;

630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 1



А. С. Чичкань
Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН
Россия
630090, Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 5


В. Н. Пармон
Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН; Новосибирский государственный университет
Россия

630090, Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 5;

630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 1



Список литературы

1. Бардик Д.Л., Леффлер У.Л. Нефтехимия. М.: ЗАО «Олимпбизнес», 2001. 416 с. 2. Molnar A., Sarkany A., Varga M. Hydrogenation of carbon– carbon multiple bonds: chemo-, regio- and stereo-selectivity // J. Mol. Catalysis A: Chem. 2001. V. 173. P. 185–221.

2. Khan N.A., Shaikhutdinov S., Freund H.-J. Acetylene and ethylene hydrogenation on alumina supported Pd-Ag model catalysts // Catalysis Lett. 2006. V. 108. P. 159–164.

3. Kang J.H., Shin E.W., Kim W.J., Park J.D., Moon S.H., Selective hydrogenation of acetylene on Pd/SiO2 catalysts promoted with Ti, Nb and Ce oxides // Catalysis Today. 2000. V. 63. P. 183–188

4. Patent 5856262 USA Supported palladium catalyst for selective catalytic hydrogenation of acetylene in hydrocarbonaceous streams // Flick K., Herion Ch., Allmann H.-M. 05.01.1999. 6. Пат. 6054409 США (2000) Selective hydrogenation catalyst and a process using that catalyst / Thanh C.-N., Didillon B., Sarrazin P., Cameron Ch. 25.04.2000.

5. Jin Y., Datye A.K., Rightor E., Gulotty R., Waterman W., Smith M., Holbrook M., Maj J., Blackson J. Hydrogenation of acetylene has been investigated on Au/TiO2 , Pd/TiO2 and AuPd/TiO2 catalysts at high acetylene conversion levels // J. Catalysis. 2001. V. 203. P. 292–306.

6. Пат. 6509292 США (2003) Process for selective hydrogenation of acetylene in an ethylene purification process / Blankenship S.A., Voight R.W., Perkins J.A., Fried J.E. 21.01.2003.

7. Патент 2292952 RU. Катализатор для селективного гидрирования диеновых углеводородов / Ламберов А.А., Егорова С.Р. // Опубликовано 10.02.2007. Бюл. изобр. № 4.

8. Patent 6127588 USA Hydrocarbon hydrogenation catalyst and process / Kimble J.B., Bergmeister J.J. 03.10.2000.

9. Patent 5866735 USA Hydrocarbon hydrogenation process / Cheung T.-T. P., Johnson M.M. 02.02.1999.

10. Teschner D., Vass E., Havecker M., Zafeiratos S., Schnorch P., Sauer H., Rnop-Gericke A., Schlogl R., Chamam M., Wootsch A., Canning A.S., Gamman J.J., Jackson S.D., McGregor J., Gladden L.F.. Palladium nanoparticle catalysts in ionic liquids: synthesis, characterization and selective partial hydrogenation of alkynes to Z-alkenes // J. Catalysis. 2006. V. 242. P. 26–37.

11. Xu G., Smith C.M., Blackson J., Salaita G., Dunmoro G., Crozier P.A. TEM study on catalyst deactivation during selective acetylene hydrogenation // Microsc. Microanal. 2005. V. 11. (Suppl. 2). P. 1576–1577.

12. Huang D.C., Chang K.H., Pong W.F., Tseng P.K., Hung K.J., Huang W.F. Effect of Ag-promotion on Pd catalysts by XANES // Catalysis Lett. 1998. V. 53. P. 155–159.

13. Hamilton C.A., Jackson S.D., Kelly G.J., Spence R., De Bruin D. Competitive reactions in alkyne hydrogenation // Appl. Catalysis A: General. 2002. V. 237. P. 201–209.

14. Kim W.J., Kang J.H., Ahn I.Y., Moon S.H. Deactivation behavior of a TiO2 -added Pd catalyst in acetylene hydrogenation // J. Catalysis. 2004. V. 226. P. 226–229.

15. Panpranot J., Kontapakdee K., Praserthdam P. Selective hydrogenation of acetylene in excess ethylene on micron-sized and nanocrystalline TiO2 supported Pd catalysts // Appl. Catalysis A: General. 2006. V. 314. P. 128–133.

16. Kang J.H., Shin E.W., Kim W.J., Park J.D., Moon S.H. Selective hydrogenation of acetylene on TiO2 -added Pd catalysts // J. Catalysis. 2002. V. 208. P. 310–320.

17. Чесноков В.В., Просвирин И.П., Зайцева Н.А., Зайковский В.И., Молчанов В.В. Влияние структуры углеродных нанонитей на состояние активного компонента и каталитические свойства Pd/С катализаторов в реакции селективного гидрирования бутадиена-1,3 // Кинетика и катализ. 2002. Т. 43. № 6. С. 902–911.

18. Borodzinski A., Bond G.C. Selective Hydrogenation of ethyne in ethene-rich streams on palladium catalysts. Part 1. Effect of changes to the catalyst during reaction // Catalysis Rev. 2006. V. 48. P. 91–144.

19. Patent 3821323 USA Selective hydrogenation of minor amounts of acetylene in a gas mixture containing major amounts of ethykene / Schulze G., Sliwka A., Wittmann G. 28.06.1974.

20. Патент 2290258 RU Катализатор на носителе для селективного гидрирования алкинов и диенов, способ его получения и способ селективного гидрирования алкинов и диенов / Френцель А., Хессе М., Ансманн А., Шваб Э. Опубликовано 27.12.2006. Бюл. № 36.

21. Патент 2289565 RU Способ селективного гидрирования ацетиленовых углеводородов в газовых смесях, богатых олефинами / Бальжинимаев Б.С., Паукштис Е.А., Загоруйко А.Н., Симонова Л.Г. Опубликовано 20.12.2006. Бюл. № 35.

22. Wilhite B.A., McCready M.J., Varma A. Kinetics of phenylacetylene hydrogenation over Pt/γ-Al2 O3 catalyst // Ind. Engin. Chem. Res. 2002. V. 41. P. 3345–3350.

23. Патент 2259877 RU Катализатор селективного гидрирования, способ его получения и способ селективного гидрирования алкинов с его использованием / Ксу Л., Жу Ю., Ле Й., Конг Л., Гао Ш. Опубликовано 10.09.2005. Бюл. № 25.

24. Зайцева Н.A., Молчанов В.В., Чесноков В.В., Буянов Р.А., Зайковский В.И., Плясова Л.М. Влияние природы коксогена на кристаллографические особенности и каталитические свойства катализаторов типа металл-нитевидный углерод в селективном гидрировании 1,3-бутадиена // Кинетика и катализ. 2003. T. 44. № 1. C. 140–145.

25. Serp P., Corrias M., Kalck P. Carbon nanotubes and nanofibers in catalysis //Appl. Catalysis A: General. 2003. V. 253. P. 337–358.

26. Oosthuizen R.S., Nyamori V.O. Carbon nanotubes as supports for palladium and bimetallic catalysts for use in hydrogenation reactions // Platinum Metals Rev. 2011. V. 55. P. 154–169.

27. Chernyak S.A., Suslova E.V., Ivanov A.S., Egorov A.V., Maslakov K.I., Savilov S.V., Lunin V.V. Co catalysts supported on oxidized CNTs: Evolution of structure during preparation, reduction and catalytic test in Fischer-Tropsch synthesis // Appl. Catalysis A: General. 2016. V. 523. P. 221–229.

28. Bezemer G.L., Bitter J.H., Kuipers H.P.C.E., Oosterbeek H., Holewijn J.E., Xu X., Kapteijn F., A. van Dillen J., de Jong K.P. Cobalt particle size effects in the Fischer−Tropsch reaction studied with carbon nanofiber supported catalysts // J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. № 12. P. 3956–3964.

29. Asedegbega-Nieto E., Bachiller-Baeza B., Kuvshinov D.G., García-García F.R., Chukanov E., Kuvshinov G.G., GuerreroRuiz A., Rodríguez-Ramos I., Effect of the carbon support nano-structures on the performance of Ru catalysts in the hydrogenation of paracetamol // Carbon. 2008. V.46. P. 1046–1052.

30. Dantas Ramos A.L., da Silva Alves P., Aranda D.A.G., Schmal M. Characterization of carbon supported palladium catalysts: inference of electronic and particle size effects using reaction probes // Appl. Catalysis A: General. 2004. V. 277. P. 71–81.

31. Молчанов В.В., Чесноков В.В., Буянов Р.А., Зайцева Н.А. Новые металл-углеродные катализаторы. I. Способ приготовления, область применения // Кинетика и катализ. 1998. T. 39. № 3. C. 407–415.

32. Молчанов В.В., Чесноков В.В., Буянов Р.А., Зайцева Н.А., Зайковский В.И., Плясова Л.М., Бухтияров В.И., Просвирин И.П., Новгородов Б.Н. Новые металл-углеродные катализаторы. II. Причины селективного действия катализаторов в реакциях гидрирования // Кинетика и катализ. 1998. T. 39. № 3. C. 416–421.

33. Chesnokov V.V., Prosvirin I.P., Zaikovskii V.I. and Zaitseva N.A. State of the active component and catalytic properties of Pd/C catalysts on the selective hydrogenation of butadiene-1,3 into butylenes // Eurasian Chem. Tech. J. 2003. V. 5. № 2. P. 127–135.

34. Чесноков В.В., Буянов Р.А., Чичкань А.С. Разработка катализатора и технологических основ приготовления наноразмерных углеродных трубок // Кинетика и катализ. 2010. T. 51. № 5. С. 803–808.

35. Chesnokov V.V., Chichkan A.S. Production of hydrogen by methane catalytic decomposition over Ni-Cu-Fe/Al2 O3 catalyst // Int. J. Hydr. En. 2009. V. 34. Р. 2979–2985.

36. Moulder J.F., Stickle W.F., Sobol P.E., Bomben K.D. Handbook of X-Ray photoelectron spectroscopy. Perkin-Elmer Corp. Eden Prairie. Minnesota. USA. 1992. 190 р.

37. Wagner C.D., Naumkin A.V., Kraut-Vass A., Allison J.W., Powell C.J., Rumble C.J. NIST X-ray photoelectron spectroscopy database: NIST standard reference database 20, Version 3.5, Natl. Inst. Stand. Technol. Gaithersbg. 2003.

38. Svintsitskiy D.A., Kibis L.S., Stadnichenko A.I., V. Koscheev S., Zaikovskii V.I., Boronin A.I. Highly oxidized platinum nanoparticles prepared through radio-frequency sputtering: thermal stability and reaction probability towards CO // Chem. Phys. Chem. 2015. V. 16. P. 3318–3324.

39. Kalinkin A.V., Smirnov M.Y., Nizovskii A.I., Bukhtiyarov V.I. X-ray photoelectron spectra of platinum compounds excited with monochromatic AgLα irradiation // J. Electron Spectros. Relat. Phenomena. 2010. V. 177. P. 15–18.

40. Mason M.G. Electronic structure of supported small metal clusters // Phys. Rev. B. 1983. V. 27. P. 748–762.

41. Kochubey D.I., Chesnokov V.V., Malykhin S.E. Evidence for atomically dispersed Pd in catalysts supported on carbon nanofibers // Carbon. 2012. V. 50. P. 2782–2787.


Просмотров: 106


ISSN 1992-7223 (Print)