Kinetics and CatalysisKinetics and CatalysisКинетика и катализ0453-88113034-5413The Russian Academy of Sciences66033710.31857/S0453881124020054DWUAENARTICLESСТАТЬИResearch ArticleInfluence of iron content in palladium catalysts supported on alumina and their reduction conditions on the hydrodechlorination of diclofenac in aqueous solutionsВлияние содержания железа в палладиевых катализаторах на оксиде алюминия и условий их восстановления на гидродехлорирование диклофенака в водной средеLoktevaE. S.ЛоктеваЕ. С.
Russian Federation

Chemistry Department

Химический факультет

LES@kge.msu.ruPesotskiyM. D.ПесоцкийМ. Д.
Russian Federation

Chemistry Department

Химический факультет

LES@kge.msu.ruGolubinaE. V.ГолубинаЕ. В.
Russian Federation

Chemistry Department

Химический факультет

LES@kge.msu.ruMaslakoK. I.МаслаковК. И.
Russian Federation

Chemistry Department

Химический факультет

LES@kge.msu.ruKharlanovA. N.ХарлановА. Н.
Russian Federation

Chemistry Department

Химический факультет

LES@kge.msu.ruShishovaV. V.ШишоваВ. В.
Russian Federation

Chemistry Department

Химический факультет

LES@kge.msu.ruKaplinI. Yu.КаплинИ. Ю.
Russian Federation

Chemistry Department

Химический факультет

LES@kge.msu.ruMaksimovS. V.МаксимовС. В.
Russian Federation

Chemistry Department

Химический факультет

LES@kge.msu.ruLomonosov Moscow State UniversityФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова1503202465214817222022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0453-8811/article/view/660337

Using the method of wet impregnation of alumina with iron and palladium nitrates, 1Pd0.5Fe and 1Pd10Fe catalysts modified with iron oxides were prepared with a target content of 1 wt % Pd, 0.5 or 10 wt % iron. The catalysts were compared with each other and with the monometallic catalyst 1Pd in the hydrodechlorination (HDC) of diclofenac (DCF) in dilute aqueous solutions at 30°C in batch and flow reactors after high-temperature (320°C) and mild (30°C) reduction; the latter was carried out in a batch or flow reactor. Using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), it was shown that after reduction at 320°C the surface of catalysts contains mainly Pd0, Fe2+ and Fe3+. The surface Fe2+/Fe3+ ratio increases as the iron content decreases. The reduction of Pd2+ to Pd0 is possible already at 30°C, but it proceeds much worse on the surface of 1Pd0.5Fe compared to 1Pd10Fe. According to XPS data, temperature-programmed reduction and infrared spectroscopy of diffuse reflection of adsorbed CO, modification with iron oxides increases the palladium content on the surface compared to 1Pd, promotes the emergence of new Pd–O–Fe centers, and affects the ability of palladium to be reduced. These effects increase with increasing iron content. Iron-modified catalysts reduced at 320°C showed similar activity and stability in the conversion of DCP in flow-through and batch systems. Unlike 1Pd0.5Fe, the 1Pd10Fe catalyst is highly efficient and stable even after mild reduction at 30°C. Under flow conditions with comparable DCF conversion, it provides increased selectivity in the HDC reaction of diclofenac compared to 1Pd, which is also active in hydrogenation.

Методом влажной пропитки Al2O3 нитратами железа и палладия приготовлены модифицированные оксидами железа катализаторы 1Pd0.5Fe и 1Pd10Fe с целевым содержанием 1 мас. % Pd, 0.5 или 10 мас. % железа. Катализаторы сравнивали между собой и с монометаллическим катализатором 1Pd в гидродехлорировании (ГДХ) диклофенака (ДКФ) в разбавленных водных растворах при 30°С в периодическом и проточном реакторах после высокотемпературного (320°С) и мягкого (30°С) восстановления; последнее проводили в периодическом или проточном реакторе. Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) показано, что после восстановления при 320°С катализаторы содержат в основном Pd0, Fe2+ и Fe3+. Соотношение Fe2+/Fe3+ на поверхности увеличивается при снижении содержания железа. Восстановление Pd2+ до Pd0 возможно уже при 30°С, но оно гораздо хуже протекает на поверхности 1Pd0.5Fe по сравнению с 1Pd10Fe. По данным РФЭС, температурно-программированного восстановления и инфракрасной спектроскопии диффузного отражения адсорбированного СО, модификация оксидами железа повышает содержание палладия на поверхности по сравнению с 1Pd, способствует возникновению новых центров Pd−O−Fe, влияет на способность палладия к восстановлению. Эти воздействия возрастают с увеличением содержания железа. Модифицированные железом катализаторы, восстановленные при 320°С, проявили сходную активность и стабильность в превращениях ДКФ в проточной и периодической системах. В отличие от 1Pd0.5Fe, катализатор 1Pd10Fe высокоэффективен и стабилен также после мягкого восстановления при 30°С. В проточных условиях при сравнимой конверсии ДКФ он обеспечивает повышенную селективность в реакции ГДХ диклофенака по сравнению с 1Pd, который активен также и в гидрировании.

hydrodechlorinationdiclofenacpalladiumiron oxidealuminum oxideenvironmental catalysisгидродехлорированиедиклофенакпалладийоксид железаоксид алюминияэкологический катализПравительство Российской ФедерацииGovernment of the Russian Federation122040600057-3Правительство Российской ФедерацииGovernment of the Russian FederationАААА-А21-121011990019-4Xu S., Zhou S., Xing L., Shi P., Shi W., Zhou Q., Pan Y., Song M.-Y., Li A. // Sci. Total Environ. 2019. V. 682. P. 756.Zhao J., Wang Q., Fu Y., Peng B., Zhou G. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2018. V. 25. P. 22998.Umbreen N., Sohni S., Ahmad I., Khattak N.U., Gul K. // J. Colloid Interface Sci. 2018. V. 527. P. 356.Gros M., Petrović M., Barceló D. // Environ. Tox. Chem. 2007. V. 26. P. 1553.Dobrin D., Bradu C., Magureanu M., Mandache N.B., Pârvulescu V.I. // Chem. Eng. J. 2013. V. 234. P. 389.Lokteva E., Golubina E., Likholobov V., Lunin V., Disposal of Chlorine-Containing Wastes / In: Chemistry Beyond Chlorine, Springer International Publishing. Eds. P. Tundo, L.-N. He, E. Lokteva and C. Mota, Cham, 2016. 559 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-30073-3_21Munoz M., Mora F.J., de Pedro Z.M., Alvarez-Torrellas S., Casas J.A., Rodriguez J.J. // J. Hazard. Mater. 2017. V. 331. P. 45.Nieto-Sandoval J., Munoz M., de Pedro Z.M., Casas J.A. // J. Hazard. Mater. Adv. 2022. V. 5. P. 100047.Lokteva E.S., Shishova V.V., Maslakov K.I., Golubina E.V., Kharlanov A.N., Rodin I.A., Vokuev M.F., Filimonov D.S., Tolkachev N.N. // Appl. Surf. Sci. 2023. V. 613. P. 156022.Wu K., Qian X., Chen L., Xu Z., Zheng S., Zhu D. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 18702.Nieto-Sandoval J., Munoz M., de Pedro Z.M., Casas J.A. // Chemosphere. 2018. V. 213. P. 141.Zhou T., Li Y., Lim T.-T. // Separ. Purif. Technol. 2010. V. 76. P. 206.Liu M., Huang R., Li C., Che M., Su R., Li S., Yu J., Qi W., He Z. // Chem. Eng. Sci. 2019. V. 201. P. 121.Witońska I.A., Walock M.J., Binczarski M., Lesiak M., Stanishevsky A.V., Karski S. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2014. V. 393. P. 248.Zhang L., Meng Z., Zang S. // J. Environ. Sci. 2015. V. 31. P. 194.Lokteva E.S., Shishova V.V., Tolkachev N.N., Maslakov K.I., Kamaev A.O., Maksimov S.V., Golubina E.V. // Mendeleev Commun. 2022. V. 32. P. 249.Silva J.M., Araújo J.F.D.F., Brocchi E., Solórzano I.G. // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 19052.Th P., Zimmermann R., Steiner P., Hüfner S. // J. Phys. Condens. Matter. 1997. V. 9. P. 3987.Amoyal M., Vidruk-Nehemya R., Landau M.V., Herskowitz M. // J. Catal. 2017. V. 348. P. 29.Armenta M.A., Maytorena V.M., Flores-Sánchez L.A., Quintana J.M., Valdez R., Olivas A. // Fuel. 2020. V. 280. P. 118545.Tian Z., Zhang W., Liu T., Liu J., Wang C., Lei L., Liao M., Wang C., Chen Y. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. P. 41468.Han X., Qing M., Wang H., Yu X., Suo H.-Y., Shen X.-F., Yang Y., Li Y.-W. // J. Fuel Chem. Technol. 2023. V. 51. P. 155.Lu Z.-Y., Muir D.M. // Hydrometallurgy. 1988. V. 21. P. 9.Tao F., Dag S., Wang L.-W., Liu Z., Butcher D.R., Bluhm H., Salmeron M., Somorjai G.A. // Science. 2010. V. 327. P. 850.Boudart M., Hwang H.S. // J. Catal. 1975. V. 39. P. 44.Babu N.S., Lingaiah N., Kumar J.V., Prasad P.S.S. // Appl. Catal. A: Gen. 2009. V. 367. P. 70.Lieltz G., Nimz M., Völter J., Läzär K., Guczi L. // Appl. Catal. 1988. V. 45. P. 71.Berry F.J., Changhai X., Jobson S. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1990. V. 86. P. 165.Arnoldy P., Moulijn J.A. // J. Catal. 1985. V. 93. P. 38.Arnoldy P., van Oers E.M., Bruinsma O.S.L., de Beer V.H.J., Moulijn J.A. // J. Catal. 1985. V. 93. P. 231.Sepúlveda J.H., Fígoli N.S. // Appl. Surf. Sci. 1993. V. 68. P. 257.Pino N., Sitthisa S., Tan Q., Souza T., López D., Resasco D.E. // J. Catal. 2017. V. 350. P. 30.Liu W., Ismail M., Dunstan M.T., Hu W., Zhang Z., Fennell P.S., Scott S.A., Dennis J.S. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 1759.Tataroğlu A., Al-Ghamdi A.A., El-Tantawy F., Farooq W.A., Yakuphanoğlu F. // Appl. Phys. A. 2016. V. 122. P. 220.Jastrzębska I., Szczerba J., Błachowski A., Stoch P. // Eur. J. Mineral. 2017. V. 29. P. 62.Yewale A.D., Kherdekar P.V., Bhatia D. // Chem. Eng. Sci. 2022. V. 249. P. 117281.Kamada T., Ueda T., Fukuura S., Yumura T., Hosokawa S., Tanaka T., Kan D., Shimakawa Y. // J. Am. Chem. Soc. 2023. V. 145. P. 1631.Schwertmann U. // Plant and Soil. 1991. V. 130. P. 1.Sidhu P.S., Gilkes R.J., Cornell R.M., Posner A.M., Quirk J.P. // Clays and Clay Minerals. 1981. V. 29. P. 269Kolev N.I. Solubility of O2, N2, H2 and CO2 in water / In: Multiphase Flow Dynamics 4: Turbulence, Gas Adsorption and Release, Diesel Fuel Properties. Ed. N.I. Kolev. Berlin, Heidelberg: Springer, 2012.209 р. https://doi.org/10.1007/978-3-642-20749-5_11