СИНТЕЗ БЛОЧНЫХ ОКСИДНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ РЗМ ДЛЯ КОНВЕРСИИ СО Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 541.64

Григоренко Р. И., Сучкова Е. В., Федосеев А.П., Семенов Г.М.

СИНТЕЗ БЛОЧНЫХ ОКСИДНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ РЗМ ДЛЯ КОНВЕРСИИ СО

Григоренко Роман Игоревич, аспирант 1-го года обучения кафедры общей химической технологии, e-mail:

roman. grigorencko2016@vandex.ru.

Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20;

Сучкова Елена Валентиновна,к.т.н., доцент кафедры общей химической технологии; Федосеев Александр Павлович, к.т.н., доцент кафедры общей химической технологии; Семенов Геннадий Михайлович, д.т.н., профессор кафедры общей химической технологии; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, ул. Миусская площадь, д. 9.

Разработка каталитически активного покрытия для низкотемпературного окисления монооксида углерода. Исследование морфологических и текстурных характеристик носителя. Изучение реакции окисления СО в присутствии катализатора на основе композиции из редкоземельных металлов. Ключевые слова: блочные катализаторы, окисление СО, катализатор, РЗМ.

SYNTHESIS OF BLOCK OXIDE CATALYSTS BASED ON REM FOR CONVERSION СО

Grigorenko R. I. , Suchkova E. V., Fedoseev A. P., Semenov G. M. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia

Development of a catalytically active coating for low-temperature oxidation of carbon monoxide. Investigation of the morphological and textural characteristics of the carrier. A study of the oxidation of CO in the presence of a catalyst based on a rare earth metal composition.

Keywords: block catalysts, CO oxidation, catalyst, REM.

Наиболее экологически эффективным и перспективным способом нейтрализации является метод каталитической детоксикации, основанный на применении гетерогенных катализаторов,

обеспечивающих перевод в двуокись углерода, пары воды и газообразный азот [1]. Проводятся исследования, направленные на усовершенствование уже работающих трехмаршрутных или полифункциональных катализаторов на основе благородных металлов.

Нанесение активной подложки - очень важная стадия получения катализатора на основе блочных высокопроницаемых ячеистых материалов.

Модифицирование поверхности ВПЯМ осуществляли методом мультислойной пропитки раствором алюмозоля (конц. 5% масс.) с последующей термообработкой, которая позволяет получить на поверхности перемычек ВПЯМ покрытие виде подложки из у- Al2O3.

Алюмозоль применяется при получении полировальных суспензий, различных покрытий, при производстве термостойких фильтров и катализаторов, как источник получения активной а - Al2O3 [3]. Полученные образцы исследованы методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Для сравнения представлена структура перемычек для этих образцов с нанесенным оксидом алюминия в форме у-АЬОз (рис. 1).

После нанесения алюмозоля и термообрабокти поверхность перемычек ВПЯМ определяется поверхностью y-Al2O3, удельная поверхность которого достигается 200 м2/г.

Рис. 1. Керамические образцы R30: а - без нанесения алюмозоля; б - с нанесением у-Л12О3 Структурные характеристики образцов рассчитывали на основании изотерм адсорбции десорбции азота при температуре 77 К, полученных объемнометрической установке Nova 1200e (Quantachrome, США). Удельную поверхность (Syd) образцов рассчитывали методом БЭТ, объем микропор V) - ?_методом, средний диаметр мезопор (D„) -методом BJH по десорбционной ветви изотермы.

Образец м2/г Vn, см3/г Dn, нм

ВПЯМ (R30) 0,15 0,001 8,7

ВПЯМ+ y-Al2O3 R30 15,51 0,023 5,9

а

б

Из таблицы видно, что адсорбция азота на образце ВПЯМ практически отсутствует. Нанесение пористого слоя в виде у-Л12О3 позволяет увеличить пористость и удельную поверхность ВПЯН примерно в 100 раз.

Нанесение каталитически активного компонента на развитую внешнюю поверхность ВПЯН -заключительная стадия синтеза малообъемных блочныхкаталитических систем сетчато-ячеистой структуры. В работе [4] было установлено, что промотирующая добавка в виде СеО2 повышает каталитическую активность в реакции окисления СО. Поэтому проявляет интерес исследования новой каталитической системы на основе РЗМ. Синтезированные блочные ВПЯН пропитывали 10%-ным раствором, содержащий нитраты РЗМ (Се(ЫО3)3, Л§кО3, Рг(Ш3)3, Мп(ЫО3)2) с последующей термообработкой при температуре 600 °С, что обеспечивает термическое разложение нитратов в оксиды (рис. 2).

Рис. 2. Высокопористые катализаторы на основе РЗМ Катализаторы на основе Мп05Се0,5О2 иAg/Mn0,5Ce0,5O2 представляют интерес для процессов детоксикации промышленных и автомобильных выбросов, являются альтернативой платиновым катализаторам.В реакции окисления монооксида углерода в присутствии Ag/Mn0,5Ce0,5O2 наблюдается синергетический эффект,

обусловленный процессами кислородной активации и переноса кислорода на поверхности катализатора через циклы окисления—восстановления Мп4+/Мп3+ и Се4+/Се3+[5].

МпО,

СсО, —^ Мп,0!«-' ^—о

Для серебросодержащего катализатора рост каталитической активности обусловлен увеличением подвижности кислорода через редокс-циклы Л§/Л§0, Мп4+/Мп3+ и Се /Се .Празеодим Рг вводится в систему для подавления побочных реакций (сажеобразование) и увеличения активности катализатора по отношению к самой реакции.

Проведены исследования по окислению СО на синтезированных блочных катализаторах на основе РЗМ (табл. 2).

Таблица 2. Кинетические исследования металлоксидного

Эксперимент проводился при стандартных условиях: начальная концентрация СО 12,22 г/см3, расход газового потока 10 л/мин на проточной установке (рис 3).

х, % юо т

МО ■■

со •■

40 ■■

20

Т—I—1—I—I—1—I—I—1—J—I—1—г

00 550 100

150

т, к

500

550

600

Т,К Снач , г/см3 Стек, г/см3 X, %

343 9,33 23,65

393 6,75 44,76

453 12,22 4,60 62,36

513 3,05 75,04

573 2,00 83,63

Рис. 3. Зависимость степени конверсии от температуры

Синтезирован катализатор на блочном высокопористом керамическом носителе с каталитически активным покрытием на основе оксидов РЗМ. Каталитические системы на основе платиновых металлов достигают высокой степени конверсии, однако, невыгодны с экономической точки зрения. Металлооксидные катализаторы на основе РЗМ обладают низкой себестоимостью и достигают высокой каталитической активности (X = 83,63 %) в реакции низкотемпературного окисления (343^573 К) монооксида углерода.

Список литературы

1. Кустов Л. M. Современные тенденции промышленного катализа (по материалам V Европейского конгресса по катализу) // Катализ в промышленности. 2002. №1. с. 113.

2. Грунский В.Н. Малообъемные блочные высокопористые каталитические и сорбционные системы ячеистой структуры для очистки от вредных примесей в жидкофазных и газофазных процессах: дис. докт. техн. наук. М., 2009. 173-175 с.

3. Анциферов В.Н., Калашникова М.Ю., Макаров А.М., Филимонова И.В. Блочные катализаторы дожигания углеводородов и монооксида углерода на основе высокопористых ячеистых материалов. ЖПХ. 1997.Т.70, №1. с.105-110.

4. Grigorenko R.I.Obukhov E.O., Grunsky V.N., Liberman E.Yu Neutralization of carbon oxide (II) on cobalt-containing catalysts based on high porous cellular materials with the use of promoting additives CeO2 and nanodispersed suspension Се^^^^// сборник материалов Международной конференции «Химическая технология функциональных наноматериалов», РХТУ им. Д.И. Менделеева Москва г. Москва, с. 33-35.

5. Григоренко Р. И., Грунский В. Н., Либерман Е. Ю. Очистка выхлопных газов дизельных двигателей от сажи на блочных высокопористых катализаторах ячеистой струкгурыЮксперт года 2017: сборник статей Международного научно-практического конкурса, с. 18-23.