Metaliczne bitlenkowe katalizatory chromowo-glinkowe w reakcjach C-1

• Autorzy: Maniecki T.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Właściwości katalityczne chromu od szeregu lat pozostają przedmiotem zainteresowania wielu badaczy. Chrom, choć zwykle stanowi fazę aktywną katalizatora, może również pełnić rolę nośnika albo składnika modyfikującego właściwości nośnikowego katalizatora. Ze względu na możliwość występowania chromu na różnych stopniach utlenienia Crn(0≤ n ≤ +6) oraz zdolność koordynowania różnorodnych ligandów, katalizatory chromowe posiadają wysoką aktywność w wielu reakcjach. Przykładami mogą być reakcje: utleniania tlenku węgla tlenem bądź parą wodną, polimeryzacja etylenu, procesy dehydratacji tlenowych związków organicznych, reforming metanu dwutlenkiem węgla, parą wodną bądź tlenem i wiele innych. Pomimo szeregu prac dotyczących zarówno właściwości fizykochemicznych monotlenkowych katalizatorów chromowych, jak również nośnikowych katalizatorów Cr/nośnik istnieje wiele rozbieżności dotyczących stanu i natury powierzchni katalizatorów chromowych. Z tego powodu uznano za celowe przeprowadzenie badań dotyczących właściwości fizykochemicznych i katalitycznych układów monotlenkowych Cr i bitlenkowych Cr-Al, jak również, metalicznych katalizatorów monometalicznych Cu, Ni, Pt oraz bimetalicznych dotowanych metalami szlachetnymi Ag i Au na tlenkowych nośnikach Cr-Al. W ramach badań właściwości fizykochemicznych określono: powierzchnię właściwą, strukturę porowatą, skład fazowy, podatność na redukcję, morfologię, teksturę i skład chemiczny powierzchni układów bitlenkowych i nośnikowych katalizatorów metalicznych. Do wyznaczenia tychże właściwości zastosowano następujące metody eksperymentalne: BET - niskotemperaturowa adsorpcja azotu, XRD - dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego, TOF - SIMS - spektroskopia jonów wtórnych z analizą czasu przelotu oraz SEM - EDS - mikroskopia skaningowa z mikroanalizą rentgenowską. Aktywność katalizatorów zbadano w reakcjach testowych: utlenianiu tlenku węgla do dwutlenku węgla tlenem oraz parą wodną, syntezy metanolu z gazu syntezowego, a także częściowego utleniania metanu tlenem do gazu syntezowego. Wspólną cechą tych reakcji jest to, że stanowią one tzw. „reakcje C-1" w których praktycznie wszystkie cząsteczki substratów i/lub produktów zawierają pojedyncze atomy węgla: CO, CO2, CH3OH i CR4. Dlatego też zdecydowano się na przeprowadzenie systematycznych badań obejmujących wszechstronną charakterystykę fizykochemiczną układów zawierających chrom oraz określenie potencjalnych możliwości zastosowania ich w reakcjach mających istotne znaczenie zarówno z punktu widzenia aplikacji przemysłowych, jak i ochrony środowiska.

EN

This work describes the investigation of bulk CrO3, binary Cr-Al oxides with various Cr/Al molar ratio and supported bimetallic Cu, Ni-Au, Ag/Cr2xAl2(1-x)O3 catalysts. The main goal of this work was the determination of physicocbemical properties of supported catalysts and their activity in C-1 reactions. Binary oxides were prepared by coprecipitation method, whereas supported metal catalysts were prepared by wet impregnation method. Metal phases were introduced from appropriate aqueous solutions of Ni, Cu, Ag nitrates and chloroauric acid. The following investigation techniques have been used: BET - low temperature nitrogen adsorption, H2/CO chemisorption, TPR, TG - DTA - MS, XRD, XRD "in situ", TOF - SIMS and SEM - EDS. The aim of this work was to determine the catalytic properties of bimetallic (Ni, Cu) - (Au, Ag) supported catalysts in C-1 reactions. Catalytic activity of CrxAlyOz binary oxides alone and Me/Cr2xAl2(1-x)O3 catalysts were determined in: CO oxidation (by water vapor or oxygen), methanol synthesis (MS) reaction as well as partial oxidation of methane (POM) to synthesis gas. In all studied processes catalytical behavior seems to be connected with the redox properties of binary Cr-Al oxide material used as a support. In all cases chromium containing catalysts were more active in comparison to alumina supported systems. Also superficial isolated chromium species can be considered as an active sites of different reactions. The ability of chromium to change its oxidation degree seems to play a crucial role of supported metal/Cr-Al bioxide catalyst activity. In the case of copper and nickel supported catalysts also the structural effect of chromia can be considered, its addition prevents against formation of copper and nickel aluminates, which are inactive in studied processes. Gold promoted nickel supported catalysts are not catalycally affected in partial oxidation of methane, but their resistance for carbon deposition is strongly improved.

Słowa kluczowe

PL

katalizator; katalizator bitlenkowo chromowo-glinkowy; układy bitlenkowe; właściwości katalityczne chromu; chrom; reakcje C-1

EN

catalyst; catalytic properties of chromium; chromium; C1 reactions

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2011
• Tom: Z. 407
• Strony: 3--104
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz.

Twórcy

autor

Maniecki T.

• Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej, Politechnika Łódzka

Bibliografia

• [1] F. Cavani, M. Kntyrev, F. Trifiro, J. Catal., 158 (1996) 236.
• [2] S. de Rassi, P. Casaletta, G. Ferraris, Appl. Catal.: A, 167 (1998) 257.
• [3] P. Ferreira-Aparicio, M. Fernandez-Garcia, A. Guerrero-Ruiz, I. Rodriges-Ramos, J. Catal. 190 (2000) 296.
• [4] J. Kępiński, Technologia chemiczna nieorganiczna, wyd. IV, PWN, Warszawa 1984.
• [5] A. Basińska, Katalizatory Ru/Fe203 do konwersji CO z parą wodną Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 2000.
• [6] E. Finocchio, G. Ramis, G. Busca, Catal. Today, 28 (1996) 381.
• [7] J. El-Idrissi, M. Kacimi, F. Bozon-Verdura, M. Ziyad, Catal. Lett., 56 (1998) 221.
• [8] J.M. Jehng, H. Hu, .Gao, I.E. Wachs, Catal. Today, 28 (1996) 335.
• [9] C.M. Pradier, F. Rodrigues, P. Marcus, Appl. Catal.: B, 27 (2000) 73.
• [10] W.F. Shangguan, Y. Teraoka, S. Kagawa, Appl. Catal.: B, 8 (1996) 217.
• [11] R. Willi, M. Maciejewski, G. Góbel, J. Catal., 166 (1997) 356.
• [12] N.E. Fouad, H. Knózinger, M.I. Zaki, Phys. Chem., 171 (1991) 75.
• [13] M.I. Zaki, N.E. Fouad, G.C. Bond, S.F. Tachir, Thermochim. Acta 285 (1996) 167.
• [14] K. Kohler, M. Maciejewski, H. Schneider, A. Baiker, J. Catal. 157 (1995) 301.
• [15] A. Bielański, Podstawy Chemii Nieorganicznej, PWN Warszawa 1994.
• [16] F. Bondioli, A.M. Ferrari, C. Leonelli and T. Manfredini, J. Am. Ceram. Soc., 83 [8], (2000), 2036.
• [17] M.S. Mc Intosh, T.H. Sanders, J.M. Hampikian Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 734, (2002), W8.7.1.
• [18] K. Hilpert, W.J. Quadakkers, L., Singheiser Interconnects, Vol. 4(8), 1037, Willey 2003.
• [19] L.R. Mentasty, O.F. Gorriz, L.E. Cadus, Ind. Eng. Chem. Res., 40, (2001), 136.
• [20] S. Hashimoto, A. Yamaguchi, T. Kamiya, J. Mat. Sci. 32, (1997), 5703.
• [21] M.P. McDaniel, M. M Johnson, J. Catal. 101 (1986) 446.
• [22] M.I. Zaki, N. E. Fouad, J. Leyrer and H. Knózinger, Appl. Catal. 21 (1986) 359.
• [23] M.S. Kumar, N. Hammer, M. Ronning, A. Holmen, De Chen, J.C. Walmsley, G. Oye, J. Catal. 261, (2009), 116.
• [24] M. Cherian, R. Gupta, M. Someswara, G. Deo, Catal. Lett, 86(4), (2003), 179.
• [25] N. Spanos, S. Slavov, Ch. Kordulis, A. Lycourghiotis, Colloids Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 97, (1995), 109.
• [26] J. Sainio, M. Aronniemi, O. Pakarinen, K. Kauraala, S. Airaksinen, O. Krause, J. Lahtinen, Appl. Surf. Sci., 252, (2005), 1076.
• [27] W.K. Jóźwiak, I.G. Dalia Lana, J. Chem. Soc., Faraday Trans. 93 (1997) 2583.
• [28] W.K. Jóźwiak, I.G. Dalia Lana, R. Fiedorow, J. Catal. 121 (1990) 183.
• [29] N.E. Fouad, J. Thermal. Anal. 60 (2000) 541.
• [30] R.L. Burwell, G.L. Haller, K. C. Taylor, J.F. Read, Adv. Chem 20 (1969) 2.
• [31] Neuhaus, p. 237 in Physics and Chemistry of High Pressure. Edited by the Society of Chemical Industry. Gordon and Breach Science Publishers, New York, 1963.
• [32] M. Roy and R. E. Barks, Subsolidus Phase Equilibria in A1203 - Cr2C>3, Nature Phys. Sci., 235, 118(1972).
• [33] W. Sitte, Investigation of the Miscibility Gap of the System Chromia - Alumina below 1300°C, Mater. Sci. Monogr., 28A, 451 (1985).
• [34] S. Sofie, P. Gannon, V. Gorokhovsky, Journal of Power Sources 191 (2009) 465.
• [35] B.M. Abu-Zied, Appl. Catal. A: General 198 (2000) 139.
• [36] T. Maniecki, Thermal stability of binary Cr-Al oxides wysłane do Kinet. & Catal.
• [37] T. Maniecki, The thermal stability and reducibility of bulk Cr03 oxide w recenzji Kinet. & Catal.
• [38] T.P. Maniecki, P. Mierczynski, W. Maniukiewicz and W.K. Jóźwiak, The influence of silver and copper addition on reducibility of CrAl306 system in hydrogen, zaakceptowane do druku Kinet. & Catal 2011.
• [39] V.G. Tsirel'son, M.Y. Antipin, R.G. Gerr, R.P. Ozerov, Y.T. Struchkov, Phys. Status Solidi A, 87, (1985), 425.