CC BY
14
УДК 544.421.42:536.755
Симакина Е.А., Либерман Е.Ю., Ревина А.А., Румянцева Т.Б., Кушнерева О.О.
НАНОДИСПЕРСНЫЙ КАТАЛИЗАТОР Ag/CeO2 ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ ОТ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА
Симакина Екатерина Александровна, аспирант кафедры ТНВ и ЭП, e-mail: kateri nasimaki na @ ma i l .ru; Либерман Елена Юрьевна, к.х.н., доцент кафедры ТНВ и ЭП.
Ревина Александра Анатольевна, д.х.н., профессор кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Румянцева Татьяна Борисовна, н.с. лаборатории поверхностных явлений в полимерных системах. Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук, Москва, Россия 119071, Москва, Ленинский пр-т, д.31, корп. 4 Кушнерева Оксана Олеговна, заслуженный учитель РФ
Средняя школа № 1 им. Ю.А. Гагарина, Смоленская область, г. Гагарин, ул. Ленина, 14, Россия
Получены нанесенные катализаторы на основе нанокристаллического CeO2. В качестве активного компонента взяты частицы нанодисперсного серебра, полученные различными способами. Проведен сравнительный анализ полученных материалов в зависимости от метода получения частиц серебра. Исследован элементный состав материалов, изучены приповерхностный слой, морфология материалов, и измерена каталитическая активность в реакции окисления монооксида углерода в газовой смеси.
Ключевые слова: диоксид церия, нанесенные катализаторы, наночастицы серебра, окисление монооксида углерода.
Ag / CeO2 NANODISPERSE CATALYST FOR DECONTAMINATION OF GAS MIXTURES FROM CARBON MONOXIDE
Simakina E.A.*, Liberman E.Yu, Revina A.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia Roumyantseva Tatiana Borisovna
Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia Kushnereva Oksana Olegovna
Honored Teacher of the Russian Federation Secondary School No. 1 named after Yu.A. Gagarin, Smolensk region, Gagarin, Russia
Supported catalysts based on nanocrystalline CeO2 have been obtained. Silver nanoparticles obtained by various methods were taken as an active component. A comparative analysis of the obtained materials is carried out depending on the method of obtaining of the silver particles. The dispersed properties of materials were studied, the near-surface layer, the morphology of the materials were studied, and the catalytic activity in the reaction of detoxification of carbon monoxide was measured.
Key words: cerium dioxide, supported catalysts, silver nanoparticles, detoxification of carbon monoxide.
Диоксид церия на сегодняшний день является одним из наиболее интересных объектов исследования для применения в области экологического катализа, в частности создание на его основе высокоэффективных катализаторов окисления монооксида углерода для обезвреживания газовых смесей. Диоксид церия обладает рядом уникальных свойств для применения его в качестве носителя для нанокомпозиционых материалов состава Ме/Се02, где Ме - наночастицы металлов. Известно, что наночастицы серебра проявляют высокую каталитическую активность в процессе окисления монооксида углерода [1], создание композиций А§/Се02 открывает возможность получения высокоэффективных катализаторов с
взаимодействием металл- носитель.
Нанокристаллический диоксид церия синтезировали методом осаждения. К исходному раствору Се(К0з), концентрация которого составляла 0,25 М, при постоянном перемешивании добавляли 2
М раствор (Ш4)2С0з до достижения рН = 6-7. Полученный осадок выдерживали под слоем маточного раствора в течение 30-40 мин. После фильтрации, полученный осадок сушили при температуре 100°С, затем прокаливали в атмосфере воздуха при температуре 550°С в течение 2 ч. Удельная поверхность образца составляет 98 м2/г.
Нанесение частиц А§ на поверхность Се02 проводили методом пропитки по влагоемкости. При этом были использованы: водный раствор нитрата серебра, гидрозоль серебра, синтезированный полиольным методом, (AgП);■ и дисперсия наночастиц серебра, полученная путем радиационно-химического восстановления в обратномицеллярных растворах (AgОМ) [2].
Наночастицы серебра (AgП) получали полиольным способом в среде этиленгликоля [3]. По окончании синтеза частицы осаждали центрифугированием в течение 1 ч при скорости
вращения ротора 14000 об./мин. Надосадочную жидкость удаляли, осадок редиспергировали в этаноле и повторяли процедуру центрифугирования в тех же условиях. По ее окончании частицы редиспергировали в воде, уменьшив ее объем таким образом, чтобы концентрация серебра в системе составляла 10 мг/мл.
В качестве образца сравнения был синтезирован нанокомпозит состава Л§/Се02, где прекурсором частиц серебра являлся спиртовой раствор Л§К0э.
После нанесения материал сушили при 100°С в течение 20 ч, прокаливали при температуре 300°С в течение 2 часов.
Согласно результатам просвечивающей электронной микроскопии (Рисунок 1), образцы катализаторов представляют собой имеет агломераты частиц со структурой мозаичного типа, состоящую из частиц неправильной пластинчатой формы, размер которых составляет 8-10 нм.
''гШШ
1 А
М. ¿ВИВСЕГ*' А.
гЛ - 1 ^
НЯН
•
'Щ
Швят |20"пт
Ш4М
ч ■,
ЩЯил
шШ
■ < У,
пт
Рисунок 1. Микрофотографии синтезированных образцов методом ПЭМ, где: А - Л^/Се02, Б -
А%ОМ/Се02, В - Лё/Се02
Определение элементного состава композиций Л§/Се02 проводили методом рентгенофлуоресцентного анализа (РФлА) (таблица 1). Из представленных результатов следует, что состав синтезированных систем соответствует заданному условиями эксперимента.
Таблица 1. Элементный состав полученных
Элемент вес.%, AgП/CeO2 вес.%, AgОМ/CeO2 вес.%, А^Се02
О 24,30 23,63 21,84
ЛЕ 1,16 1,05 0,90
Се 67,21 64,77 68,35
Примечание: в связи с тем, что при анализе элементного состава поверхностей методом РФлА адсорбированный углекислый газ дает пик углерода на спектре, сумма содержания элементов не равна 100 %.
Каталитическая активность синтезированных материалов исследована в реакции окисления монооксида углерода (рисунок 2). В качестве модельной системы использована газовая смесь С0 -1,5%, 02 - 10%, N2 - баланс. Катализатор Л§П/Се02 проявляет наиболее высокую каталитическую активность в реакции окисления монооксида углерода. В данном случае полное окисление СО происходит при температуре 215°С.
а
1,000,75 -0,50-
0,00
Температура, °С
Рисунок 2. Зависимость степени окисления СО от температуры для образцов Ag/CeO2
Таким образом, в результате исследования было выявлено, что синтезированный катализатор состава AgH/CeO2, проявляет, вероятно, наиболее высокую активность в реакции окисления монооксида углерода, что может быть следствием формирования поверхностного твердого раствора AgxCei-xO2-8 в результате протекающего взаимодействия «металл-носитель». С учетом этого можно сделать вывод о том, что применение в качестве предшественниковнаночастиц золей серебра является наиболее благоприятным для использования получаемых частиц в качестве активной фазы композиционных катализаторов на основе диоксида церия.
Список литературы
1. Anton S.Konopatsky, Denis V.Leybo, Konstantin L. Firestein et.al «Synthetic routes, structure and catalytic activity of Ag/BN nanoparticle hybrids toward CO oxidation reaction», Journal of Catalysis, vol. 368, pp. 217-227, 2018.
2. А. Д. Шафигулина, А. А. Ревина, Н. П. Платонова, С. А. Боровикова, А. К. Буряк «Определение размера наночастиц металлов, синтезированных в обратных мицеллах, методом эксклюзионной хроматографии», Коллоидный журнал, 2019, том 81, № 3, с. 360-366.
3. P.-Y. Silvert, R. Herrera-Urbina, K. Tekaia-Elhsissen «Preparation of colloidal silver dispersions by the polyol process. Part 2. — Mechanism of particle formation» J. Mater. Chem. vol. 7, pp. 293-299, 1997.
