Каталитические свойства Pt/Co3O4 нанесенного катализатора в реакции полного окисления пропана
- Авторы: Хабарова Д.С.1, Тупикова Е.Н.1, Платонов И.А.1
-
Учреждения:
- Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
- Выпуск: Том 1 (2022)
- Страницы: 292-293
- Раздел: Аналитические и микрофлюидные системы, наноматериалы и нанотехнологии
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr/article/view/107588
- ID: 107588
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Обоснование. Нанесенные катализаторы широко применяются в различных промышленных процессах. Это сложные системы, состоящие из инертной подложки, носителя, основного каталитического компонента и добавок-промоторов. Эксплуатационные свойства такой системы определяются химическим составом компонентов, геометрией носителя и каталитических центров, которая зависит от выбора соединения-предшественника и способа его превращения в каталитически активную фазу. Во многих работах показана актуальность использования двойных комплексных соединений в качестве соединений-предшественников [1–3].
Перспективным методом получения нанесенных каталитических фаз является автоклавный термолиз комплексов платиновых и цветных металлов [4–7], который позволяет совместить процессы формирования каталитической фазы и ее осаждение на носитель. Метод позволяет использовать такие носители, как металлы и их сплавы, имеющие ряд преимуществ перед оксидными.
Цель — получить нанесенные на металлические носители платина-кобальтовые каталитические фазы в автоклавных условиях и исследовать их свойства в реакции полного окисления пропана.
Методы. В качестве соединений-предшественников использовали двойной комплексное соединение [Co(NH3)5Cl][PtCl4] и простые аммиачные комплексы [Pt(NH3)4]Cl2 · H2O и [Co(NH3)5Cl]Cl2. Носителем служили стружка из нержавеющей стали (нс) и блочный материал «металлорезина» из нихрома (нх).
Автоклавный эксперимент проводили следующим образом. Во фторопластовый вкладыш помещали носитель, раствор соединения-предшественника и 0,01М КОН до pH 8–9. Систему вакуумировали в течение 60 минут, с последующим насыщением азотом. Герметизировали в металлическом автоклаве. Нагревали до 190 °С в течение 150 мин с постоянным перемешиванием. Охлаждали на воздухе 12 ч.
Порошкообразные продукты автоклавного термолиза исследовали методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного рентгеновского микроанализа, рентгенофазового анализа и оптико-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.
Полученные катализаторы испытывали в реакции полного окисления пропана на проточной установке с анализом реакционной смеси газохроматографическим методом.
Результаты. Продукт автоклавного термолиза двойного комплексного соединения представляет собой мелкий порошок черного цвета, состоящий из крупных частиц смешанного оксида кобальта Co3O4, на котором происходит восстановление сферических частиц металлической платины. Состав продуктов подтвержден методом рентгенофазового анализа.
Таблица. Результаты каталитических испытаний
Катализатор | Носитель (материал/форма) | Степень превращения пропана (Х) при температуре °С | ||||
200 | 250 | 300 | 350 | 400 | ||
Pt/Co3O4 (Двойной комплекс) | Нс/стружка | 3,75 | 14,02 | 76,50 | 93,86 | 99,97 |
Нх/металлорезина | 2,69 | 15,43 | 73,06 | 95,98 | 99,97 | |
Pt/Co3O4 (Аммиакаты) | Нс/стружка | 0,24 | 26,66 | 82,98 | — | — |
Pt | Нс/стружка | 2,29 | 51,46 | 94,30 | 97,92 | 99,97 |
Нх/металлорезина | 4,89 | 45,36 | 89,57 | 96,66 | 99,71 | |
Активность многокомпонентного катализатора сравнивалась с активностью монометаллического платинового катализатора, полученного в аналогичных условиях на тех же металлических носителях (табл.). Было установлено, что при температуре выше 300 °С Pt/Co3O4 катализатор проявляет активность, сопоставимую с активностью Pt на стружке из нержавеющей стали и на «металлорезине» из нихрома. При температуре 350 °С наблюдалась практически полная конверсия пропана на образцах. Отмечено, что природа и форма носителя не оказывают влияния на каталитические свойства многокомпонентных катализаторов. При сопоставлении результатов образцов, нанесенных на стружку из нержавеющей стали, но из разных соединений-предшественников, установлено, что каталитические фазы, осажденные из аммиакатов платины и кобальта, при 250–300 °С проявляют активность выше, чем полученные из двойного комплекса.
Выводы. Использование автоклавных технологий позволяет упростить процесс и сократить время приготовления катализаторов. Многокомпонентные каталитические фазы проявляют высокую активность в реакции окисления пропана, причем предпочтительнее в качестве соединения-предшественника использовать смесь аммиакатов, чем двойное комплексное соединение. Таким образом, применение автоклавной технологии и комплексных соединений-предшественников могут быть положены в основу перспективного метода получения гетерогенных катализаторов.
Ключевые слова
Полный текст
Обоснование. Нанесенные катализаторы широко применяются в различных промышленных процессах. Это сложные системы, состоящие из инертной подложки, носителя, основного каталитического компонента и добавок-промоторов. Эксплуатационные свойства такой системы определяются химическим составом компонентов, геометрией носителя и каталитических центров, которая зависит от выбора соединения-предшественника и способа его превращения в каталитически активную фазу. Во многих работах показана актуальность использования двойных комплексных соединений в качестве соединений-предшественников [1–3].
Перспективным методом получения нанесенных каталитических фаз является автоклавный термолиз комплексов платиновых и цветных металлов [4–7], который позволяет совместить процессы формирования каталитической фазы и ее осаждение на носитель. Метод позволяет использовать такие носители, как металлы и их сплавы, имеющие ряд преимуществ перед оксидными.
Цель — получить нанесенные на металлические носители платина-кобальтовые каталитические фазы в автоклавных условиях и исследовать их свойства в реакции полного окисления пропана.
Методы. В качестве соединений-предшественников использовали двойной комплексное соединение [Co(NH3)5Cl][PtCl4] и простые аммиачные комплексы [Pt(NH3)4]Cl2 · H2O и [Co(NH3)5Cl]Cl2. Носителем служили стружка из нержавеющей стали (нс) и блочный материал «металлорезина» из нихрома (нх).
Автоклавный эксперимент проводили следующим образом. Во фторопластовый вкладыш помещали носитель, раствор соединения-предшественника и 0,01М КОН до pH 8–9. Систему вакуумировали в течение 60 минут, с последующим насыщением азотом. Герметизировали в металлическом автоклаве. Нагревали до 190 °С в течение 150 мин с постоянным перемешиванием. Охлаждали на воздухе 12 ч.
Порошкообразные продукты автоклавного термолиза исследовали методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного рентгеновского микроанализа, рентгенофазового анализа и оптико-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.
Полученные катализаторы испытывали в реакции полного окисления пропана на проточной установке с анализом реакционной смеси газохроматографическим методом.
Результаты. Продукт автоклавного термолиза двойного комплексного соединения представляет собой мелкий порошок черного цвета, состоящий из крупных частиц смешанного оксида кобальта Co3O4, на котором происходит восстановление сферических частиц металлической платины. Состав продуктов подтвержден методом рентгенофазового анализа.
Таблица. Результаты каталитических испытаний
Катализатор | Носитель (материал/форма) | Степень превращения пропана (Х) при температуре °С | ||||
200 | 250 | 300 | 350 | 400 | ||
Pt/Co3O4 (Двойной комплекс) | Нс/стружка | 3,75 | 14,02 | 76,50 | 93,86 | 99,97 |
Нх/металлорезина | 2,69 | 15,43 | 73,06 | 95,98 | 99,97 | |
Pt/Co3O4 (Аммиакаты) | Нс/стружка | 0,24 | 26,66 | 82,98 | — | — |
Pt | Нс/стружка | 2,29 | 51,46 | 94,30 | 97,92 | 99,97 |
Нх/металлорезина | 4,89 | 45,36 | 89,57 | 96,66 | 99,71 | |
Активность многокомпонентного катализатора сравнивалась с активностью монометаллического платинового катализатора, полученного в аналогичных условиях на тех же металлических носителях (табл.). Было установлено, что при температуре выше 300 °С Pt/Co3O4 катализатор проявляет активность, сопоставимую с активностью Pt на стружке из нержавеющей стали и на «металлорезине» из нихрома. При температуре 350 °С наблюдалась практически полная конверсия пропана на образцах. Отмечено, что природа и форма носителя не оказывают влияния на каталитические свойства многокомпонентных катализаторов. При сопоставлении результатов образцов, нанесенных на стружку из нержавеющей стали, но из разных соединений-предшественников, установлено, что каталитические фазы, осажденные из аммиакатов платины и кобальта, при 250–300 °С проявляют активность выше, чем полученные из двойного комплекса.
Выводы. Использование автоклавных технологий позволяет упростить процесс и сократить время приготовления катализаторов. Многокомпонентные каталитические фазы проявляют высокую активность в реакции окисления пропана, причем предпочтительнее в качестве соединения-предшественника использовать смесь аммиакатов, чем двойное комплексное соединение. Таким образом, применение автоклавной технологии и комплексных соединений-предшественников могут быть положены в основу перспективного метода получения гетерогенных катализаторов.
Об авторах
Дарья Сергеевна Хабарова
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Email: daria.s.khabarova@gmail.com
аспирант третьего года обучения, группа А306, естественнонаучный институт, кафедра химии
Россия, 443086, Самара, Московское шоссе, 34Елена Николаевна Тупикова
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Email: nil-6ssau@mail.ru
научный руководитель, кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры химии
Россия, 443086, Самара, Московское шоссе, 34Игорь Артемьевич Платонов
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Автор, ответственный за переписку.
Email: pia@ssau.ru
научный руководитель, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой химии
Россия, 443086, Самара, Московское шоссе, 34Список литературы
- Домонов Д.П., Печенюк С.И. Термическое разложение двойных комплексных соединений 3d-металлов // Вестник Кольского научного центра РАН. 2020. Т. 3, № 2. С. 5–4. doi: 10.6060/rcj.2020641.6
- Потемкин Д.И., Конищева М.В., Задесенец А.В., и др. Биметаллический катализатор Pt0,5Co0,5/SiO2: приготовление, структура и свойства в реакции избирательного окисления CO // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59, № 4. С. 499–505. doi: 10.1134/S0453881118040111
- Снытников П.В., Юсенко К.В., Коренев С.В., и др. Биметаллические Co-Pt катализаторы селективного окисления оксида углерода в водородсодержащих смесях // Кинетика и катализ. 2007. Т. 48, № 2. С. 292–297.
- Борисов Р.В., Белоусов О.В., Жижаев А.М., Дорохова Л.И. Автоклавный синтез наноразмерных частиц Pd-Au и Pd-Pt на углеродных носителях // Журнал Сибирского федерального университета. Химия. 2015. Т. 8. С. 377–385. doi: 10.17516/1998-2836-2015-8-3-377-385
- Борисов Р.В., Белоусов О.В., Жижаев А.М. Синтез наночастиц Pd, Pt и Pd-Pt на углеродных нанотрубках в гидротермальных автоклавных условиях // Журнал неорганической химии. 2020. Т. 65, № 10. С. 1426–1433. doi: 10.31857/S0044457X20100037
- Тупикова Е.Н., Мальчиков Г.Д. Каталитические системы «металл платиновой группы-металлический носитель» // Катализ в промышленности. 2004. № 4. С. 44–50.
- Tupikova E.N., Platonov I.A., Khabarova D.S. Hydrothermal synthesis of platinum-chromium oxidation catalysts on metal supports // J Kinetics and catalysis. 2019. Vol. 60, No. 3. P. 366–371. doi: 10.1134/S0023158419030145
Дополнительные файлы
