Preview

Российские нанотехнологии

Расширенный поиск

КАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СЛОЖНЫХ ФОСФАТОВ ГАФНИЯ СО СТРУКТУРОЙ NASICON В РЕАКЦИЯХ КОНВЕРСИИ ЭТАНОЛА

Полный текст:

Аннотация

С помощью гидротермального синтеза с последующей термообработкой и ионного обмена получены материалы со структурой NASICON состава (NH4 ) 1–x Hx Hf2 (PO4 ) 3 (х = 0–1) и охарактеризованы методами РФА, низкотемпературной адсорбции азота и сканирующей электронной микроскопии. Исследована каталитическая активность полученных материалов при проведении конверсии этанола. Показано, что все синтезированные образцы проявляют активность в реакциях дегидратации этанола и в незначительной степени — в дегидрировании этанола. При низких температурах конверсия этанола протекает преимущественно с образованием диэтилового эфира, а при более высоких температурах — этилена. Селективность получения диэтилового эфира достигает 96 % при 60%-ной конверсии при 360 °С на материале состава HHf2 (PO4 ) 3 , триклинной модификации, полученной ионным обменом. При температурах ≥450 °С практически на всех материалах наблюдается селективное образование этилена (~100 % при 100%-ной конверсии на NH4 Hf2 (PO4 ) 3 ромбоэдрической модификации при 450 °С).

Об авторах

М. А. Мошарева
Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук
Россия
119991, Москва, Ленинский просп., 31


А. Б. Ильин
Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук
Россия
119991, Москва, Ленинский просп., 29


Н. А. Жиляева
Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук
Россия
119991, Москва, Ленинский просп., 29


С. А. Новикова
Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук
Россия
119991, Москва, Ленинский просп., 31


А. Б. Ярославцев
Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук; Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук
Россия

119991, Москва, Ленинский просп., 31

119991, Москва, Ленинский просп., 29



Список литературы

1. Лич Б. Катализ в промышленности. М.: Мир. 1986. Т. 2. С. 149.

2. Zonetti P.C., Celnik J., Letichevsky S., Gaspar A.B., Appel L.G. Chemicals from ethanol – The dehydrogenative route of the ethyl acetate one-pot synthesis // J. Mol. Catal. A: Chemical. 2011. V. 334. P. 29.

3. Sun J., Wang Y. Recent advances in catalytic conversion of ethanol to chemicals // ACS Catal. 2014. V. 4. P. 1078.

4. Matsumura Y., Hashimoto K., Yoshida S. Selective dehydrogenation of ethanol to acetaldehyde over silicalite-1 // J. Cat. 1990. V. 122. № 2. P. 352.

5. Takei T., Iguchi N., Haruta M. Support effect in the gas phase oxidation of ethanol over nanoparticulate gold catalysts // New J. Chem. 2011. V. 35. P 2227.

6. Liu P., Zhu X., Yang S., Li T., Hensen E.J.M. On the metal–support synergy for selective gas-phase ethanol oxidation over MgCuCr2 O4 supported metal nanoparticle catalysts // J. Catal. 2015. V. 331. P. 138.

7. Долгов Б.Н., Котон М.М., Сидоров Н.В. Синтез сложных эфиров методом дегидрогенизации спиртов. IV. Новый метод приготовления и регенерации катализаторов для этерификации // Журнал общей химии. 1936. Т. 6. № 10–12. С. 1456.

8. Santacesaria E., Carotenuto G, Tesser R., Serio M. D. Ethanol dehydrogenation to ethyl acetate by using copper and copper chromite catalysts // Chem. Eng. J. 2012. V.179. P 209.

9. Николаев С.А., Чудакова М.В., Чистяков А.В., Кривенцов В.В., Цодиков М.В. Восстановительная дегидратация этанола в углеводороды на Ni и Au-содержащих нанокомпозитах // Российские нанотехнологии. 2012. Т. 7. № 7–8. С. 21.

10. Agaskar P., Grasselli R., Buttrey D., White B. Structural and catalytic aspects of some NASICON-based mixed metal phosphates // Stud. Surf. Sci. Catal. 1997. V. 110. P. 219.

11. Орлова А.И., Петьков В.Л., Гульянова С.Т., Ермилова М.М., Йенелем С.Л., Самуйлова O.K., Чехлова Т.К., Грязнов В.М. Каталитические свойства новых сложных ортофосфатов циркония и железа // Журн. физ. химии. 1999. Т. 73. № 11. С. 1965.

12. Brik Y., Kacimi M., Bozon-Verduraz F., Ziyad M. Characterization of active sites on AgHf2 (PO4 )3 in butan-2-ol conversion // Microporous mesoporus mat. 2001. V. 43. P. 103.

13. Ильин А.Б., Новикова С.А., Суханов М.В., Ермилова М.М., Орехова Н.В., Ярославцев А.Б. Каталитическая активность фосфатов со структурой NASICON при дегидратации и дегидрировании этанола // Неорганические материалы. 2012. Т. 48. № 4. С. 466.

14. Ermilova M. M., Sukhanov M. V., Borisov R. S., Orekhova N. V., Pet’kov V. I., Novikova S. A., Il’in A. B., Yaroslavtsev A. B. Synthesis of the new framework phosphates and their catalytic activity in ethanol conversion into hydrocarbons // Catal. Today 2012. V. 193. P. 37.

15. Пылинина А.И., Михаленко И.И. Влияние иона-компенсатора в анионной части фосфата Na3 ZrM(PO4 )3 с M = Zn, Co, Cu на кислотность и каталитическую активность в реакциях бутанола-2 // Журн. физ. химии. 2013. Т. 87. № 3. С. 391.

16. Асабина Е.А., Орехова Н.В., Ермилова М.М., Петьков В.И., Глухова И.О., Жиляева Н.А., Ярославцев А.Б. Синтез и каталитические свойства M0.5(1 +x)Fex Ti2 - x(PO4 )3 (M – Co, Ni, Cu; 0 ≤ x ≤ 2) в реакциях превращения метанола // Неорганические материалы. 2015. Т. 51. № 8. С. 864.

17. Данилова М.Н., Пылинина А.И., Касаткин Е.М., Братчикова И.Г., Михаленко И.И., Ягодовский В.Д. Превращения изобутанола на Ni-содержащем катализаторе типа NASICON, активированном плазмохимическими обработками // Кинетика и катализ. 2015. Т. 56. № 4. С. 481.

18. Бондаренко Г.Н., Ермилова М.М., Ефимов М.Н., Земцов Л.М., Карпачева Г.П., Миронова Е.Ю., Орехова Н.В., Родионов А.С., Ярославцев А.Б. Изучение парового риформинга этанола на нанокатализаторах Pt-Ru/ДНА с применением метода ИК-спектроскопии в режиме in situ // Российские нанотехнологии. 2016. Т.11. № 11–12. C. 41.

19. Ильин А.Б., Ермилова М.М., Орехова Н.В., Ярославцев А.Б. Синтез каркасных молибдат-фосфатов лития-циркония и их каталитические свойства в превращениях этанола // Неорганические материалы. 2015. Т. 51. № 7. С. 778.

20. Лыткина А.А., Ильин А.Б., Ярославцев А.Б. Исследование парового риформинга метанола и конверсии этанола в проточном и мембранном реакторах // Мембраны и мембранные технологии. 2016. Т. 6. № 4. С. 397–405.

21. Ilin A.B., Orekhova N.V., Ermilova M.M., Yaroslavtsev A.B. Catalytic activity of LiZr2 (PO4 )3 nasicon-type phosphates in ethanol conversion process in conventional and membrane reactors // Catal. Today. 2016. V. 268. P. 29.

22. Mitran G., Mieritz D.G., Seo D. Highly selective solid acid catalyst H1-xTi2 (PO4 )3-x(SO4 )x for non-oxidative dehydrogenation of methanol and ethanol catalysts // Catalysts. 2017. V. 7. P. 95.

23. Goodenough J.B., Hong H.Y.-P., Kafalas J.A. Fast Na+-ion transport in skeleton structures // Mater. Res. Bull. 1976. V. 11. P. 203.

24. Yaroslavtsev A.B., Stenina I.A. Complex Phosphates with the NASICON Structure (Mx A2 (PO4 )3 ) // Rus. J. Inorg. Chem. 2006. V. 51. P. 97.

25. Петьков В.И. Cлoжныe фocфaты, oбpaзoвaнныe кaтиoнaми мeтaллoв в cтeпeняx oкиcлeния I и IV // Успехи химии. 2012. V. 81. № 7. С. 606.

26. Anantharamulu N., Koteswara R.K., Rambabu G., Vijaya K.B., Radha V., Vithal M. A wide-ranging review on Nasicon type materials // J. Mater. Sci. 2011. V. 46. P. 2821.

27. Свитанько А.И., Новикова С.А., Сафронов Д.В., Ярославцев А.Б. Катионная подвижность в Li1+xTi2-xCrx (PO4 )3 со структурой NASICON // Неорганические Материалы. 2011. Т.47. № 12. С. 1521.

28. Kotobuki M., Koishi M. Sol–gel synthesis of Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4 )3 solid electrolyte // Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 8562.

29. Voropaeva D.Yu., Moshareva M.A., Ilin A.B., Novikova S.A., Yaroslavtsev A.B. Phase transitions and proton conductivity in hafnium hydrogen phosphate with the NASICON structure // Mendeleev Commun. 2016. V. 26. P. 152.

30. Мошарева М.А., Новикова С.А., Ярославцев А.Б. Синтез и исследование ионной проводимости (NH4 )1 – xHx Hf2 (PO4 )3 (x = 0–1) со структурой NASICON // Неорганические материалы. 2016. Т. 52. № 12. P. 1360.

31. Сафронов Д.В., Стенина И.А., Максимычев А.В., Шестаков С.Л., Ярославцев А.Б. Фазовые переходы и ионный перенос в материалах со структурой nasicon состава Li1 + х Zr2 - х Inх (PO4 )3 (х = 0-1) // Журн. неорг. химии. 2009. Т. 54. № 11. С. 1776.

32. Knauth P. Inorganic solid Li ion conductors: An overview // Solid State Ionics. 2009. V.180. P. 911.

33. Fergus J.W. Ceramic and polymeric solid electrolytes for lithium-ion batteries // J. Power Sources 2010. V. 195. P. 4554.

34. Noguchi Y., Kobayashi E., Plashnitsa L.S., Okada S., Yamaki J.-I. Fabrication and performances of all solid-state symmetric sodium battery based on NASICON-related compounds // Electrochim. Acta 2013. V. 101. P. 59.

35. Стенина И.А., Ярославцев А.Б. Низко- и среднетепературные протонпроводящие электролиты // Неорганические Mатериалы. 2017. T.53. № 3. С. 241.

36. Hirose N., Kuwano J. Ion-exchange properties of NASICON-type phosphates with the frameworks [Ti2 (PO4 )3 ] and [Ti1.7Al0.3(PO4 )3 ] // J.Mater.Chem. 1994. V. 4. P. 9.

37. Roy R., Agrawal D.K., Alamo J., Roy R.A. [CTP]: A new structural family of near-zero expansion ceramics // Mater. Res. Bull. 1984. V. 19. P. 471.

38. Корепина Ю.О., Бигеева Л.Ш., Ильин А. Б., Свитанько А.И., Новикова С.А., Ярославцев А.Б. Катионная подвижность в Li1+xHf2-xScx (PO4 )3 со структурой NASICON // Неорганические Mатериалы. 2013. Т. 49. № 3. С. 287.

39. Phung Th. Kh., Lagazzo A., Crespo M. A. R., Escribano V. S., Busca G. A study of commercial transition aluminas and of their catalytic activity in the dehydration of ethanol // J. Catalysis. 2014. V. 311. P. 102.

40. Zhang X., Wang R., Yang X., Zhang F. Comparison of four catalysts in the catalytic dehydration of ethanol to ethylene // Micropor. Mesopor. Mater. 2008. V. 116. P. 210.

41. Soh J. Ch., Chong S. L., Hossain S. S., Cheng Ch. K. Catalytic ethylene production from ethanol dehydration over non-modified and phosphoric acid modified Zeolite H-Y (80) catalysts // Fuel Process. Technol. 2017. V. 158. P. 85.


Просмотров: 49


ISSN 1992-7223 (Print)