Petroleum ChemistryPetroleum ChemistryНефтехимия0028-24213034-5626The Russian Academy of Sciences65556110.31857/S0028242124020055NCSVPXArticlesСтатьиResearch ArticleКатализаторы на основе оксида вольфрама и Al–SBA-15 для окисления сернистых соединений нефтяного происхожденияКатализаторы на основе оксида вольфрама и Al–SBA-15 для окисления сернистых соединений нефтяного происхожденияhttps://orcid.org/0000-0001-6708-0058ГульОлеся Олеговна
Russian Federation

химический факультет, аспирант

lesi00gul@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0456-8248ДомашкинаПолина Димитровна
Russian Federation

химический факультет, к.х.н.

lesi00gul@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6386-0006АкопянАргам Виликович
Russian Federation

химический факультет, д.х.н.

lesi00gul@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-9272-2913АнисимовАлександр Владимирович
Russian Federation

химический факультет, д.х.н., проф.

lesi00gul@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0001-4228-6903СенявинВладимир Маркович
Russian Federation

химический факультет, к.х.н.

lesi00gul@gmail.comМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносовМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова1504202464216317411022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0028-2421/article/view/655561

Синтезированные катализаторы на основе оксида вольфрама и содержащего алюминий мезопористого носителя Al–SBA-15 исследованы в окислении пероксидом водорода серосодержащих соединений нефтяного происхождения. Катализаторы исследованы методами низкотемпературной адсорбции–десорбции азота, рентгенофазового анализа (РФА), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) с элементным картированием, ядерного магнитного резонанса (ЯМР), термопрограммируемой десорбции аммиака, ИК-спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС). Изучена зависимость конверсии дибензотиофена (ДБТ) от продолжительности реакции, температуры, состава, кислотности, количества катализатора и количества окислителя. Подобраны оптимальные условия окисления модельной смеси на основе ДБТ с содержанием серы 10000 ppm: 80°С, 3 мас. % катализатора, 3 мл ацетонитрила, 60 мин. После промывки катализаторов от продуктов окисления они могут быть повторно использованы не менее пяти циклов без значительной потери своей активности.

Синтезированные катализаторы на основе оксида вольфрама и содержащего алюминий мезопористого носителя Al–SBA-15 исследованы в окислении пероксидом водорода серосодержащих соединений нефтяного происхождения. Катализаторы исследованы методами низкотемпературной адсорбции–десорбции азота, рентгенофазового анализа (РФА), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) с элементным картированием, ядерного магнитного резонанса (ЯМР), термопрограммируемой десорбции аммиака, ИК-спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС). Изучена зависимость конверсии дибензотиофена (ДБТ) от продолжительности реакции, температуры, состава, кислотности, количества катализатора и количества окислителя. Подобраны оптимальные условия окисления модельной смеси на основе ДБТ с содержанием серы 10000 ppm: 80°С, 3 мас. % катализатора, 3 мл ацетонитрила, 60 мин. После промывки катализаторов от продуктов окисления они могут быть повторно использованы не менее пяти циклов без значительной потери своей активности.

дибензотиофенпероксид водородавольфрамсодержащий катализаторокислительное обессериваниеThe work was carried out within the framework of the State assignment “Petrochemistry and catalysis. Rational use of carbon-containing raw materials”, No. 121031300092-6.Работа выполнена в рамках Государственного задания “Нефтехимия и катализ. Рациональное использование углеродсодержащего сырья”, № 121031300092-6.de Lima F. M., de Andrade B. T., Braga R. M., de Araújo Melo D. M., Martinelli A. E. Sulfur removal from model fuel by Zn impregnated retorted shale and with assistance of design of experiments // Environ. Sci. Pollut. Res. 2018. V. 25. P. 13760–13774. https://doi.org/10.1007/s11356-018-1504-6Shafiq I., Shafique S., Akhter P., Ishaq M., Yang W., Hussain M. Recent breakthroughs in deep aerobic oxidative desulfurization of petroleum refinery products // J. Clean. Prod. 2021. V. 294. ID 125731. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125731Deng C., Li J., Kang L., Zhu M. Efficient Co/SBA-15 catalyst for aerobic oxidative desulfurization at mild reaction temperature // J. Mol.Catal. 2022. V. 530. ID 112567. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2022.112567Liu F., Yu J., Qazi A.B., Zhang L., Liu X. Metal-based ionic liquids in oxidative desulfurization: a critical review // Environ. Sci. Technol. 2021. V. 55. № 3. P. 1419–1435. https://doi.org/10.1021/acs.est.0c05855Alibolandi M., Darian J.T., Ghaedian M., Royaee S.J., Shafeghat A. Non-catalytic oxidative desulfurization of gas condensate by ozone and process optimization using response surface methodology // Korean J. Chem. Eng. 2020. V. 37. P. 1867–1877. https://doi.org/10.1007/s11814-020-0595-1Есева Е.А., Акопян А.В., Синикова Н.А., Анисимов А.В. Генерируемые in situ органические пероксиды в окислительном обессеривании бензиновой фракции риформинга // Нефтехимия. 2021. Т. 61. № 4. P. 472–482 [Eseva E.A., Akopyan A.V., Sinikova N.A., Anisimov A.V. In situ generated organic peroxides in oxidative desulfurization of naphtha reformate // Petrol. Chemistry. 2021. V. 61. № 4. P. 472–482. https://doi.org/10.1134/S0965544121050133].Abdullah W.N.W., Ali R., Bakar W.A.W.A. In depth investigation of Fe/MoO3–PO4/Al2O3 catalyst in oxidative desulfurization of Malaysian diesel with TBHP–DMF system // J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 2016. V. 58. P. 344–350. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2015.06.001Wang B., Dai B., Kang L., Zhu M. Synthesis of three-dimensional ordered mesoporous W-doped KIT-6 for oxidative desulfurization catalyst of fuels // Fuel. 2020. V. 265. ID 117029. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117029Рахманов Э.В., Тараканова А.В., Валиева Т., Акопян А.В., Литвинова В.В., Максимов А.Л., Анисимов А.В., Вакарин С.В., Семерикова О.Л., Зайков Ю.П. Окислительное обессеривание дизельной фракции пероксидом водорода в присутствии катализаторов на основе переходных металлов // Нефтехимия. 2014. Т. 54. С. 48–50 [Rakhmanov E.V., Tarakanova A.V., Valieva T., Akopyan A.V., Litvinova V.V., Maksimov A.L., Anisimov A.V., Vakarin S.V., Semerikova O.L., Zaikov Y.P. Oxidative desulfurization of diesel fraction with hydrogen peroxide in the presence of catalysts based on transition metals // Petrol. Chemistry. 2014. V. 54. P. 48–50. https://doi.org/10.1134/S0965544114010101]Zhu H., Wu Z., Su D., Veith G. M., Lu H., Zhang P., Song-Hai Chai, Dai S. Constructing hierarchical interfaces: TiO2-supported PtFe–FeOx nanowires for room temperature CO oxidation // J. Am. Chem. Soc. 2015. V. 137. № 32. P. 10156–10159. https://doi.org/10.1021/jacs.5b07011Wang J., Wang Z., Huang B., Ma Y., Liu Y., Qin X., Zhang X., Dai Y. Oxygen vacancy induced band-gap narrowing and enhanced visible light photocatalytic activity of ZnO // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2012. V. 4. № 8. P. 4024–4030. https://doi.org/10.1021/am300835pEpifani M., Comini E., Díaz R., Andreu T., Genc A., Arbiol J., P. Siciliano, Faglia G., Morante J.R. Solvothermal, chloroalkoxide-based synthesis of monoclinic WO3 quantum dots and gas-sensing enhancement by surface oxygen vacancies // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. V. 6. № 19. P. 16808–16816. https://doi.org/10.1021/am504158rWang B., Dai B., Kang L., Zhu M. Synthesis of three-dimensional ordered mesoporous W-doped KIT-6 for oxidative desulfurization catalyst of fuels // Fuel. 2020. V. 265. ID 117029. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117029Haghighi M., Gooneh-Farahani S. Insights to the oxidative desulfurization process of fossil fuels over organic and inorganic heterogeneous catalysts: advantages and issues // Environ. Sci. Pollut. Res. 2020. V. 27. P. 39923–39945. https://doi.org/10.1007/s11356-020-10310-4Pham X.N., Nguyen M.B., Ngo H.S., Doan H.V. Highly efficient photocatalytic oxidative desulfurization of dibenzothiophene with sunlight irradiation using green catalyst of Ag@AgBr/Al–SBA-15 derived from natural halloysite // J. Ind. Eng. Chem. 2020. V. 90. P. 358–370. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2020.07.037Ponte M.V., Rivoira L.P., Cussa J., Martínez M.L., Beltramone A.R., Anunziata O.A. Optimization of the synthesis of SBA-3 mesoporous materials by experimental design // Microporous Mesoporous Mater. 2016. V. 227. P. 9–15. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2016.02.030Costa J.A.S., de Jesus R.A., Santos D.O., Mano J.F., Romao L.P., Paranhos C.M. Recent progresses in the adsorption of organic, inorganic, and gas compounds by MCM-41-based mesoporous materials // Microporous Mesoporous Mater. 2020. V. 291. ID 109698. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2019.109698Jiang Y., Abukhadra M.R., Refay N.M., Sharaf M.F., El-Meligy M.A., Awwad E.M. Synthesis of chitosan/MCM-48 and β-cyclodextrin/MCM-48 composites as bio-adsorbents for environmental removal of Cd2+ ions; kinetic and equilibrium studies // React. Funct. Polym. 2020. V. 154. ID 104675. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2020.104675Jamali N., Ramezani N., Mousazadeh M.H. Modified mesoporous HMS supported V/W for oxidative desulfurization of dibenzothiophene // Phys. Chem. Res. 2021. V. 9. № 4. P. 637–649. https://doi.org/10.22036/PCR.2021.276639.1898Ding Y., Wang J., Liao M., Li J., Zhang L., Guo J., Wu H. Deep oxidative desulfurization of dibenzothiophene by novel POM-based IL immobilized on well-ordered KIT-6 // Chem. Eng. J. 2021. V. 418. ID 129470. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129470Juliao D., Mirante F., Ribeiro S.O., Gomes A.C., Valenca R., Ribeiro J.C., Martyn P., Baltazar de Castroa, GonçalvesbI.S., Balula S.S. Deep oxidative desulfurization of diesel fuels using homogeneous and SBA-15-supported peroxophosphotungstate catalysts // Fuel. 2019. V. 241. P. 616–624. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.11.095Mitran R.A., Culita D.C., Atkinson I. Thermal stability enhancement of mesoporous SBA-15 silica through nanoconfinement of ceria nanoparticles // Microporous Mesoporous Mater. 2020. V. 306. ID 110484. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2020.110484Verma P., Kuwahara Y., Mori K., Raja R., Yamashita H. Functionalized mesoporous SBA-15 silica: recent trends and catalytic applications // Nanoscale. 2020. V. 12. № 21. P. 11333–11363. https://doi.org/10.1039/D0NR00732CHouda S., Lancelot C., Blanchard P., Poinel L., Lamonier C. Oxidative desulfurization of heavy oils with high sulfur content: a review // Catalyst. 2018. V. 8. № 9. P. 344–359. https://doi.org/10.3390/catal8090344Li Y., Zhang W., Zhang L., Yang Q., Wei Z., Feng Z., Li C. Direct synthesis of Al−SBA-15 mesoporous materials via hydrolysis-controlled approach // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. № 28. P. 9739–9744. https://doi.org/10.1021/jp049824jMouli K.C., Soni K., Dalai A., Adjaye J. Effect of pore diameter of Ni–Mo/Al–SBA-15 catalysts on the hydrotreating of heavy gas oil // Appl. Catal. A General. 2011. V. 404. P. 21–29. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2011.07.001Akopyan A., Polikarpova P., Gul O., Anisimov A., Karakhanov E. Catalysts based on acidic SBA-15 for deep oxidative desulfurization of model fuels // Energy Fuels. 2020. V. 34. № 11. P. 14611–14619. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c02008Sun H., Tang Q.H., Du Y., Liu X.B., Chen Y., Yang Y.H. Mesostructured SBA-16 with excellent hydrothermal, thermal and mechanical stabilities: modified synthesis and its catalytic application // J. Colloid Interface Sci. 2009. V. 333. № 1. P. 317–323. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.01.071Li X., Huang S., Xu Q., Yang Y. Preparation of WO3–SBA-15 mesoporous molecular sieve and its performance as an oxidative desulfurization catalyst // Transition Met. Chem. 2009. V. 34. P. 943–947. https://doi.org/10.1007/s11243-009-9285-xRakngam I., Osakoo N., Wittayakun J., Chanlek N., Pengsawang A., Sosa N., Butburee T., Faungnawakij K., Khemthong P. Properties of mesoporous Al–SBA-15 from one-pot hydrothermal synthesis with different aluminium precursors and catalytic performances in xylose conversion to furfural // Microporous Mesoporous Mater. 2021. V. 317. ID 110999. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2021.110999Eseva E.A., Lukashov M.O., Cherednichenko K.A., Levin I.S., Akopyan A.V. Heterogeneous catalysts containing an Anderson-type polyoxometalate for the aerobic oxidation of sulfur-containing compounds // Ind. Eng. Chem. Res. 2021. V. 60. № 39. ID 14154. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c03201Ma J., Qiang L.S., Wang J.F., Tang X.B., Tang D.Y. Effect of different synthesis methods on the structural and catalytic performance of SBA-15 modified by aluminum // J. Porous Mater. 2011. V. 18. P. 607–614.https://doi.org/10.1007/s10934-010-9416-yTan G.L., Tang D., Dastan D., Jafari A., Shi Z., Chu Q.Q., Silva J.P.B., Yin X.T. Structures, morphological control, and antibacterial performance of tungsten oxide thin films // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 12. P. 17153–17160. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.03.025Zhang M., Zhu W., Li H., Li M., Yin S., Li Y., Wei Y., Li H. Facile fabrication of molybdenum-containing ordered mesoporous silica induced deep desulfurization in fuel // Colloids Surf. A. 2016. V. 504. P. 174–181. http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.colsurfa.2016.05.077Kumaravel S., Thiripuranthagan S., Durai M., Erusappan E., Vembuli T. Catalytic transfer hydrogenation of biomass-derived levulinic acid to γ-valerolactone over Sn/Al–SBA-15 catalysts // New J. Chemistry. 2020. V. 44. № 20. P. 8209–8222. https://doi.org/10.1039/D0NJ01288BLi Z., Li C., Park S.B., Hong G.H., Park J.S., Song B.J., Lee C.W., Kim J.M. Highly efficient mesoporous WOx/KIT-6 catalysts for oxidative desulfurization of dibenzothiophene with hydrogen peroxide // Research on Chemical Intermediates. 2018. V. 44. P. 3687–3695. https://doi.org/10.1007/s11164-018-3386-0Scheithauer M., Grasselli R.K., Knözinger H. Genesis and structure of WOx/ZrO2 solid acid catalysts // Langmuir. 1998. V. 14. № 11. P. 3019–3029. https://doi.org/10.1021/la971399gTian Y., Yao Y., Zhi Y., Yan L., Lu S. Combined extraction–oxidation system for oxidative desulfurization (ODS) of a model fuel // Energy Fuels. 2015. V. 29. № 2. P. 618–625. https://doi.org/10.1021/ef502396bJulião D., Gomes A.C., Cunha-Silva L., Valença R., Ribeiro J.C., Pillinger M., de Castro B., Gonçalves I.S., Balula S.S. A sustainable peroxophosphomolybdate/H2O2 system for the oxidative removal of organosulfur compounds from simulated // Appl. Catal. A: Gen. 2020. V. 589. ID 117154. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2019.117154