Kinetics and CatalysisKinetics and CatalysisКинетика и катализ0453-88113034-5413The Russian Academy of Sciences66032310.31857/S0453881123040056RQUMCJ7-я Международная школа-конференция молодых ученых “Катализ: от науки к промышленности”Effect of the Composition and Synthesis Procedure of the Catalysts Based on the CoAl-Hydroxides on their Properties in Furfural HydrogenationВлияние состава и метода синтеза катализаторов на основе CoAl-гидроксидов на их свойства в реакции гидрирования фурфуролаKobzarE. О.КобзарьЕ. О.kbzlena@ihcp.ruStepanovaL. N.СтепановаЛ. Н.Lchem@yandex.ruLeont’evaN. N.ЛеонтьеваН. Н.Lchem@yandex.ruGulyaevaT. I.ГуляеваТ. И.Lchem@yandex.ruTrenikhinM. V.ТренихинМ. В.Lchem@yandex.ruLavrenovA. V.ЛавреновА. В.Lchem@yandex.ruCenter of New Chemical Technologies, Boreskov Institute of CatalysisЦентр новых химических технологий, Институт катализа СО РАН0107202364447448522022025Copyright ©; 2023, Е.О. Кобзарь, Л.Н. Степанова, Н.Н. Леонтьева, Т.И. Гуляева, М.В. Тренихин, А.В. ЛавреновCopyright ©; 2023, Е.О. Кобзарь, Л.Н. Степанова, Н.Н. Леонтьева, Т.И. Гуляева, М.В. Тренихин, А.В. Лавренов2023Е.О. Кобзарь, Л.Н. Степанова, Н.Н. Леонтьева, Т.И. Гуляева, М.В. Тренихин, А.В. ЛавреновЕ.О. Кобзарь, Л.Н. Степанова, Н.Н. Леонтьева, Т.И. Гуляева, М.В. Тренихин, А.В. Лавреновhttps://journals.eco-vector.com/0453-8811/article/view/660323

CoAl-hydroxides with Co/Al = 2 and 4 were synthesized by traditional coprecipitation method and mechanochemical route. Structure properties of the samples on the all preparation stages of the catalysts, the transformations occurred during cobalt reduction from corresponding oxides, textural characteristics of calcined and reduced samples, as well as size, morphology and composition of the particles that formed after high temperature treatments were studied in detailed. It was established, that synthesis procedure of CoAl-hydroxides has a significant impact on phase composition and properties of obtained systems. The phase of layered double hydroxide formed only when using coprecipitation method. The mechanochemical approach allowed to obtained the materials with higher specific surface area. According to TEM data, the samples prepared by coprecipitation (after oxidative and reductive treatments) had a “core-shell” structure where metallic atoms of Co were in core and shell consisted of CoAl-spinel. The samples synthesized by mechanochemical route had Co nanoparticles with high dispersion on the surface. The catalysts based on CoAl-systems prepared by mechanochemical method were more active in the furfural hydrogenation. Conversion of furfural achieved 97% for the sample with Co/Al = 4. Herewith, selectivity of furfural formation for all studied catalysts was almost 100% irrespective of synthesis procedure and Co/Al ratio.

Традиционным методом соосаждения и механохимическим способом синтезированы CoAl-гидроксиды с соотношением Co/Al = 2 и 4. Детально исследованы структурные свойства образцов на всех стадиях приготовления катализаторов, превращения, происходящие в ходе восстановления кобальта из соответствующих оксидов, текстурные характеристики прокаленных и восстановленных систем, а также размер, морфология и состав частиц, формирующихся после высокотемпературных обработок. Установлено, что способ синтеза CoAl-гидроксидов оказывает существенное влияние на фазовый состав и свойства полученных систем. Фаза слоистого двойного гидроксида формировалась только в случае использования метода соосаждения. Механохимический способ позволил получить материалы с более развитой удельной поверхностью. Согласно данным, ПЭМ образцы, синтезированные соосаждением (после окислительных и восстановительных обработок), имели структуру типа “ядро–оболочка”, где в состав ядра входили атомы металлического Co, а оболочка преимущественно состояла из CoAl-шпинели. Образцы, приготовленные механохимическим методом, имели на своей поверхности высокодисперсные наночастицы Со. Катализаторы, полученные на основе CoAl-систем, синтезированных механохимическим методом, обладали более высокой активностью в реакции гидрирования фурфурола: его конверсия достигала 97% для образца с соотношением Co/Al = 4. При этом селективность образования фурфурилового спирта для исследованных катализаторов составила практически 100% вне зависимости от метода синтеза и соотношения Co/Al.

CoAl-hydroxidesmixed oxidesmechanochemical methodfurfural hydrogenationCoAl-гидроксидысмешанные оксидымеханохимический методгидрирование фурфуролаEkpeni L.E.N., Benyounis K.Y., Nkem-Ekpeni F., Stokes J., Olabi A.G. // Energy Procedia. 2014. V. 61. P. 1740.Bozell J.J., Petersen G.R. // Green Chem. 2010. V. 12. № 4. P. 539.Yan K., Wu G., Lafleur T., Jarvis C. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2014. V. 38. P. 663.Mishra D.K., Kumar S., Shukla R.S. // Biomass, Biofuels, Biochemicals. 2020. P. 323.Bremner J.G.M., Keeys R.K.F. // J. Chem. Soc. 1947. P. 1068.Fulajtárova K., Soták T., Hronec M., Vávra I., Dobročka E., Omastová M. // Appl. Catal. A. 2015. V. 502. P. 78.Mironenko R.M., Belskaya O.B., Talsi V.P., Likholobov V.A. // J. Catal. 2020. V. 389. P. 721.Taylor M.J., Durndell L.J., Isaacs M.A., Parlett C.M.A., Wilson K., Lee A.F., Kyriakou G. // Appl. Catal. B: Env. 2016. V. 180. P. 580.Bhogeswararao S., Srinivas D. // J. Catal. 2015. V. 327. P. 65.Audemar M., Ciotonea C., De Oliveira Vigier K., Royer S., Ungureanu A., Dragoi B., Dumitriu E., Jérôme F. // ChemSusChem. 2015. V. 8. № 11. P. 1885.Jiang P., Li X., Gao W., Wang X., Tang Y., Lan K., Wang B., Li R. // Catal. Commun. 2018. V. 111. P. 6.Gong W., Chen C., Zhang H., Wang G., Zhao H. // Catal. Sci. Technol. 2018. V. 8. № 21. P. 5506.Chen X., Li H., Luo H., Qiao M. // Appl. Catal. A: Gen. 2002. V. 233. P. 13.Srivastava S., Mohanty P., Parikh J.K., Dalai A.K., Amritphale S.S., Khare A.K. // Chin. J. Catal. 2015. V. 36. № 7. P. 933.Mironenko R.M., Likholobov V.A., Belskaya O.B. // Russ. Chem. Rev. 2022. V. 91. № 1. RCR5017.Mascolo G., Mascolo M.C. // Micropor. Mesopor. Mater. 2015. V. 214. P. 246.Sulmonetti T.P., Pang S.H., Claure M.T., Lee S., Cullen D.A., Agrawal P.K., Jones C.W. // Appl. Catal. A: Gen. 2016. V. 517. P. 187.Bertolini G.R., Jiménez-Gómez C.P., Cecilia J.A., Maireles-Torres P. // Catalysts. 2020. V. 10. № 5. P. 486.Wu J., Gao G., Li J., Sun P., Long X., Li F. // Appl. Catal. B: Env. 2017. V. 203. P. 227.Wang T., Hu A., Wang H., Xia Y. // J. Chin. Chem. Soc. 2019. V. 66. № 12. P. 1610.Shao Y., Wang J., Sun K., Gao G., Li C., Zhang L., Zhang S., Xu L., Hu G., Hu X. // Renew. Energy. 2021. V. 170. P. 1114.Rudolf C., Dragoi B., Ungureanu A., Chirieac A., Royer S., Nastro A., Dumitriu E. // Catal. Sci. Technol. 2014. V. 4. № 1. P. 179.Biabani-Ravandi A., Rezaei M., Fattah Z. // Proc. Saf. Environ. Prot. 2013. V. 91. № 6. P. 489.Степанова Л.Н., Бельская О.Б., Василевич А.В., Леонтьева Н.Н., Бакланова О.Н., Лихолобов В.А. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. № 4. С. 506. (Stepanova L.N., Belskaya O.B., Vasilevich A.V., Leont’eva N.N., Baklanova O.N., Likholobov V.A. // Kinet. Catal. 2018. V. 59. № 4. P. 521.)Lee S.-B., Ko E.-H., Park J.Y., Oh J.-M. // Nanomater. 2021. V. 11. № 5. P. 1153.Bukhtiyarova M.V. // J. Solid State Chem. 2018. V. 269. P. 494.Tongamp W., Zhang Q., Saito F. // Powder Technol. 2008. V. 185. № 1. P. 43.Khusnutdinov V.P., Isupov V.P. // Inorg. Mater. 2008. V. 44. № 3. P. 263.Stepanova L.N., Kobzar E.O., Leont’eva N.N., Gulyaeva T.I., Vasilevich A.V., Babenko A.V., Serkova A.N., Salanov A.N., Belskaya O.B. // J. Alloys Compd. 2021. V. 890. P. 161902.Wang B., Qu J., Li X., He X., Zhang Q. // J. Am. Ceram. Soc. 2016. V. 99. № 9. P. 2882.Zhang X., Li S. // Appl. Surf. Sci. 2013. V. 274. P. 158.Zhu J., Zeng B., Mo L., Jin F., Deng M., Zhang Q. // Appl. Clay Sci. 2021. V. 206. P. 106070.Ay A.N., Zümreoglu-Karan B., Mafra L. // Z. Anorg. Allg. Chem. 2009. V. 635. № 9. P. 1470.Teodorescu F., Slabu A.I., Pavel O.D., Zăvoianu R. // Catal. Commun. 2019. V. 133. P. 105829.Kobzar E.O., Stepanova L.N., Leont’eva N.N., Belskaya O.B. // AIP Conf. Proc. 2020. V. 2310. 030010.Ferencz Z., Kukovecz Á., Kónya Z., Sipos P., Pálinkó I. // Appl. Clay Sci. 2015. V. 112. P. 94.Ferencz Z., Szabados M., Ádok-Sipiczki M., Kukovecz Á., Kónya Z., Sipos P., Pálinkó I. // J. Mater. Sci. 2014. V. 49. № 24. P. 8478.Qu J., He X., Chen M., Huang P., Zhang Q., Liu X. // J. Solid State Chem. 2017. V. 250. P. 1.Qu J., He X., Li X., Ai Z., Li Y., Zhang Q., Liu X. // RSC Adv. 2017. V. 7. № 50. P. 31466.Ferencz Z., Szabados M., Varga G., Csendes Z., Kuko-vecz Á., Kónya Z., Carlson S., Sipos P., Pálinkó I. // J. Solid State Chem. 2016. V. 233. P. 236.Qu J., He X., Chen M., Hu H., Zhang Q., Liu X. // Mater. Chem. Phys. 2017. V. 191. P. 173.Qu J., He X., Wang B., Zhong L., Wan L., Li X., Song S., Zhang Q. // Appl. Clay Sci. 2016. V. 120. P. 24.Stepanova L.N., Belskaya O.B., Vasilevich A.V., Gulyaeva T.I., Leont’eva N.N., Serkova A.N., Salanov A.N., Likholobov V.A. // Catal. Today. 2019. V. 357. P. 638.Stepanova L.N., Belskaya O.B., Baklanova O.N., Vasilevich A.V., Likholobov V.A. // Procedia Eng. 2016. V. 152. P. 672.Stepanova L.N., Mironenko R.M., Kobzar E.O., Leont’eva N.N., Gulyaeva T.I., Vasilevich A.V., Serkova A.N., Salanov A.N., Lavrenov A.V. // ACS Sustain. Chem. Eng. 2022. V. 3. № 4. P. 400.Wang Y., Miao Y., Li S., Gao L., Xiao G. // Mol. Catal. 2017. V. 436. P. 128.Chen X., Li H., Luo H., Qiao M. // Appl. Catal. A. 2002. V. 233. № 1. P. 13.Arnoldy P., Moulijn J.A. // J. Catal. 1985. V. 93. № 1. P. 38.Ribet S., Tichit D., Coq B., Ducourant B., Morato F. // J. Solid State Chem. 1999. V. 142. № 2. P. 382.