Dwutlenek toru i dwutlenek ceru osadzone na nośnikach węglowych oraz dotowane rodem jako katalizatory transformacji butan-1-olu

• Autorzy: Czechowski Franciszek , Klimkiewicz Roman

Warianty tytułu

EN

Thorium dioxide and cerium dioxide deposited on carbon supports and dotted with rhodium used as catalysts for the transformation of butan-1-ol

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zastosowano materiały węglowe – węgle aktywne - wytworzone z węgla brunatnego i z węgla kamiennego w roli nośników katalizatorów heterogenicznych. W tym celu skomponowano katalizatory z dwutlenkiem ceru i dwutlenkiem toru osadzonymi na tych węglach aktywnych. Katalizatory te zawierały 5,7% tlenku metalu. Ponadto katalizatory cerowe i torowe nośnikowane na węglu aktywnym z węgla brunatnego dodatkowo dotowano rodem w ilości 2,3%. Specyfikę aktywności i selektywności katalizatorów badano stosując jako reakcję testową konwersję butan-1-olu w zakresie temperatur 300 – 460C. Transformacje butan-1-olu przebiegały bez udziału tlenu cząsteczkowego, były zatem z założenia niedestruktywne dla powierzchni nośników węglowych. Na katalizatorach zawierających tlenek ceru lub tlenek toru zachodziło odwodornienie butan-1-olu i następcza dwucząsteczkowa kondensacja do heptan-4-onu z selektywnością ponad 70%. Natomiast obydwa tlenki dotowane rodem katalizowały konwersję butan-1-olu głównie do butanianu n-butylu z selektywnością ponad 50%. Zatem tlenek toru, także dotowany rodem, jest porównywalnie wysoko selektywnym katalizatorem jak wielokrotnie sprawdzony tlenek ceru w kierunkach, odpowiednio, kondensacji do ketonu symetrycznego lub bezpośredniej transformacji do estru. Wyniki uzyskane z zastosowaniem węgli aktywnych wytworzonych z węgla brunatnego i z węgla kamiennego różni aktywność katalityczna. Katalizatory naniesione na węgiel aktywny z węgla brunatnego cechuje kilkuprocentowo wyższa konwersja, a zatem i wydajność ketonu, od tych wartości uzyskanych na ich odpowiednikach naniesionych na węgiel aktywny z węgla kamiennego. Pozytywne wyniki testów wskazują na korzyści z zastosowania badanych materiałów węglowych jako nośników katalizatorów, pozwalających na dużą redukcję ilości materiałów katalitycznie aktywnych.

EN

Carbon materials - activated carbons – obtained from lignite and hard coal were used as carriers for heterogeneous catalysts. For this purpose, catalysts with cerium dioxide and thorium dioxide loaded on these activated carbons were composed. The catalysts contained 5.7% of metal oxide. Furthermore, cerium and thorium catalysts supported on lignite activated carbon were additionally enriched with rhodium in the amount of 2.3%. The specifics of the activity and selectivity of the catalysts was assessed in the conversion of butan-1-ol at the temperature range of 300 - 460C as a test reaction. The butan-1-ol transformations processed without the accessibility of molecular oxygen and, therefore, the conditions were non- -destructive for the surface of carbon carriers. On catalysts containing cerium oxide or thorium oxide, dehydrogenation of butan-1-ol and subsequent bimolecular condensation to heptan-4-one took place with a selectivity of over 70%. On the other hand, both oxides dotted with rhodium catalyzed the conversion of butan-1-ol mainly to n-butyl butanoate with a selectivity of over 50%. Therefore, thorium oxide, also enriched with rhodium, is a relatively highly selective catalyst as a repeatedly proven cerium oxide in the directions of condensation to symmetric ketone or direct transformation to ester, respectively. The results obtained with the use of activated carbon supports obtained from lignite and hard coal differ in their catalytic activity. Catalysts supported on activated carbon from lignite are characterised by a few percent higher conversion and, therefore, yield of ketone than those supported on activated carbon from hard coal. Positive test results indicate beneficial use of the activated carbons as catalyst supports allowing considerable reduction in the amount of catalytically active materials.

Słowa kluczowe

PL

nośniki węglowe; katalizatory odwodornienia; dwutlenek ceru; dwutlenek toru

EN

carbonaceous supports; dehydrogenation catalysts; cerium dioxide; thorium dioxide

• Wydawca: Instytut Górnictwa Odkrywkowego "Poltegor-Instytut"
• Czasopismo: Górnictwo Odkrywkowe
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 61, nr 4
• Strony: 10--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Czechowski Franciszek

• Instytut Nauk Geologicznych, Uniwersytet Wrocławski, Wrocław

autor

Klimkiewicz Roman

• Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN, Wrocław

Bibliografia

• [1] Kilbourn B.T.: Cerium: a guide to its role in chemical technology. White Plains, NY: Molycorp, Inc. 1992.
• [2] Trovarelli A., Fornasiero P. (eds.): Catalysis by Ceria and Related Materials (Catalytic Science) 2nd Edición. Imperial College Press: London. 2013, 888 pp..
• [3] Colmenares C..A.: Oxidation mechanisms and catalytic properties of the actinides. Progress in Solid State Chemistry. 1984, 15(4), 257—364.
• [4] Jacobs G., Crawford A., Williams L., Patterson P.M., Davis B.H.: Low temperature water–gas shift: comparison of thoria and ceria catalysts. Applied Catalysis A: General, 2004, 267(1–2), 27—33.
• [5] LIU Zhi-Hua, YU Chang-Chun, YANG Pan, LI Ran-Jia, ZHOU Hong-Jun, XU Chun-Ming: Effect of Thorium on Fischer-Tropsch Synthesis Performance over Impregnated and Eggshell Co/SiO2. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(S1), 90—94.
• [6] Guziałowska-Tic J., Bok A.W., Tic W.J.: Nowe rozwiązania proekologiczne w technologii spalania paliw. Chemik, 2013, 67(10), 881—888
• [7] Klimkiewicz R.: Możliwości pozyskiwania organicznych związków tlenowych w wyniku zgazowania węgla. Górnictwo Odkrywkowe, 2014, 55(1) 90—94.
• [8] Klimkiewicz R.: Upgrading oxygenated Fischer-Tropsch derivatives and one-step direct synthesis of ethyl acetate from ethanol - examples of the desirability of research on simple chemical compounds transformations. Chemistry Central Journal, 2014, 8:77.
• [9] Alkhazov T.G., Lisovskii A.E., Gulakhmedova T.Kh.: Oxidative dehydrogenation of ethylbenzene over a charcoal catalyst. Reaction Kinetics and Catalysis Letters, 1979, 12(2), 189—193.
• [10] Radomic R.L. and Rodriguez-Reinozo F.: Carbon Materials in Catalysis. W: Thrower P.A. (ed.) Chemistry and Physics of Carbon: a Serie sof Advances. CRC Press, 1977, 25, 243—358.
• [11] Klimkiewicz, R., Szarlik, S.: Comparative use of iron-chromium catalyst in C- alkylation of phenol and condensation reactions of n-butanol. The applicability of carbon supports. Górnictwo Odkrywkowe, 2017, 58(5), 44—48.
• [12] Czechowski, F., Klimkiewicz, R., Struktura produktów pirolizy kwasów huminowych węgla brunatnego i katalityczne właściwości utlenionych karbonizatów, Górnictwo Odkrywkowe, 2018 R. 59, nr 1, 27—38
• [13] Rzepa S.: Możliwości wykorzystania węgla brunatnego poza energetyką, Górnictwo Odkrywkowe, 2003, 45(6), 81—83.
• [14] Klimkiewicz R.: Katalityczne właściwości węgli aktywnych otrzymanych z węgla brunatnego. Górnictwo Odkrywkowe, 2010, 51(1) 60—64.
• [15] Kamiński W., Tomczak E., Górak A.: Biobutanol - production and purification methods, Ecological Chemistry and Engineering. S., 2011, 18, 31—37.
• [16] Kazimierz Tomków, Teresa Siemieniewska, Franciszek Czechowski, Anna Jankowska Formation of porous structures in activated brown-coal chars using O2, CO2 and H2O as activating agents. Fuel, 1977, 121—124.
• [17] Czechowski F., Stolarski M. Produkty ekstrakcji nadkrytycznej węgla brunatnego dla otrzymywania paliw płynnych i sorbentów węglowych. Górnictwo Odkrywkowe, 2018, 59(6), 33—50.
• [18] Vratny F., Kern S., Gugliotta F.: The thermal decomposition of cerium (III) nitrate hydrate. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1961, 17, 281—285.
• [19] Dash S., Kamruddin M., Ajikumar P.K., Tyagi A.K., Baldev Raj, Santanu Bera, Narasimhan S.V.: Temperature programmed decomposition of thorium nitrate pentahydrate. Journal of Nuclear Materials, 2000, 278, 173—185.
• [20] Kotowski W, Liicke B., Klimiec J., Węgle brunatne oraz kamienne jako nośniki katalizatorów w procesach hydrorąfinacji i hydrokrakingu gudronu. Karbo-Energochemia-Ekologia 6 1995
• [21] Kotowski W, LuckFe B., Klimiec J., Hydrokraking gudronu z udziałem katalizatorów Co-Mo osadzonych na węglach brunatnym i kamiennym. Przemysł Chemiczny 7 1997.
• [22] Cyganiuk A., Klimkiewicz R., Bumajdad A., Włoch J., Kucinska A.,. Lukaszewicz J.P.: Manufacture of a nanostructured CeOx/carbon catalyst for n-butanol conversion, Materials Letters, 2014, 118(1), 119—122.
• [23] Kumar R., Enjamuri N., Shah S., Al-Fatesh A.S., Bravo-Suárez J.J., Chowdhury B.: Ketonization of oxygenated hydrocarbons on metal oxide based catalysts. Catalysis Today, 2018, 302, 16—49.
• [24] Kuliszewska E.: Surfaktanty gemini. Nowa klasa związków powierzchniowo czynnych. Przemysł Chemiczny, 2009,. 88,. 1229—1233.
• [25] Kijeńska M., Kijeński J.: Biopaliwa - czy wyczerpaliśmy już wszystkie możliwości? CHEMIK, 2011, 65(11), 1169—176