Влияние размера частиц на активность цеолита H-MFI в жидкофазной конденсации пропена с формальдегидом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследована активность катализаторов H-MFI, модифицированных методом «top-down» в жидкофазной Принса реакции между пропеном и формальдегидом. С помощью анализа физико-химических характеристик катализатора показано, что его измельчение приводит к снижению удельной поверхности и изменению соотношения микро- и мезопор в образце. Установлено, что снижение размера зерна приводит к увеличению скорости начального превращения субстрата, а также к снижению диффузионных ограничений, накладываемых на систему. В то же время обработка способствует изменению состава продуктов в сторону увеличения доли побочных. Полученные кинетические кривые проанализированы, предложены уравнения, учитывающие дезактивацию катализатора. Показано, что как скорость реакции, так и скорость дезактивации увеличивается пропорционально дисперсности цеолита, причем дезактивация образца более чувствительна к размеру частиц.

Об авторах

С. П Беденко

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: bedenko@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

А. А Мукушева

РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

Email: petrochem@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

В. В Малявин

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: petrochem@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

К. И. Дементьев

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: petrochem@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

Список литературы

  1. Платэ Н.А., Сливинский Е.В. Основы химии и технологии мономеров. М.: Наука, 2002. 696 с.
  2. Dahlmann M., Grub J. Butadiene. Weinheim: Wiley-VCH. 2011. 24 p.
  3. Production capacity of butadiene worldwide in 2018 and 2025 [Electronic resource] https://www.statista.com/statistics/1067436/global-butadiene-production-capacity/ (дата обращения 7.12.2021).
  4. White W.C. Butadiene production process overview // Chem. Biol. Interact. 2007. V. 166. № 1-3. P. 10-14. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2007.01.009
  5. Беденко С.П., Дементьев К.И., Третьяков В.Ф., Максимов А.Л. Реакция Принса на гетерогенных катализаторах (Обзор) // Нефтехимия. 2020. Т. 60. № 4. С. 433-441. https://doi.org/10.31857/S0028242120040024
  6. Bedenko S.P., Dement'ev K.I., Tret'yakov V.F., Maksimov A.L. The Prins reaction over heterogeneous catalysts (a Review) // Petrol. Chemistry. 2020. V. 60. № 7. P. 723-730. https://doi.org/10.1134/S0965544120070026.
  7. Cavani F., Albonetti S., Basile F., Gandini A. Chemicals and fuels from bio-based building blocks. Weinheim: Wiley-VCH. 2016. 758 p.
  8. Zacharopoulou V., Lemonidou A.A. Olefins from biomass intermediates: A review // Catalysts. 2018. V. 8. № 1. P. 2. https://doi.org/10.3390/catal8010002
  9. Хаджиев С.Н., Магомедова М.В., Пересыпкина Е.Г. Механизм реакции синтеза олефинов из метанола и диметилового эфира на цеолитных катализаторах (обзор) // Нефтехимия. 2014. Т. 54. № 4. С. 243-269. https://doi.org/10.7868/S0028242114040054
  10. Khadzhiev S.N., Magomedova M.V., Peresypkina E.G. Mechanism of olefin synthesis from methanol and dimethyl ether over zeolite catalysts: A review // Petrol. Chemistry. 2014. V. 54. № 4. P. 245-269. https://doi.org/10.1134/S0965544114040057.
  11. Meunier N., Chauvy R., Mouhoubi S., Thomas D., De Weireld G. Alternative production of methanol from industrial CO2 // Renew. Energy. Elsevier Ltd. 2020. V. 146. P. 1192-1203. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.07.010.
  12. Sheldon R.A., Arends I., Hanefeld U. Green chemistry and catalysis. Weinheim: Wiley-VCH, 2007. 448 p.
  13. Dumitriu E., Gongescu D., Hulea V. Contribution to the study of isobutene condensation with formaldehyde catalyzed by zeolites // Stud. Surf. Sci. Catal. 1993. V. 78. P. 669-676.
  14. Dumitriu E., Hulea V., Hulea T., Chelaru C., Kaliaguine S. Selective synthesis of isoprene by Prins condensation using molecular sieves // Stud. Surf. Sci. Catal. 1994. V. 84. P. 1997-2004.
  15. Dumitriu E., Trong On D., Kaliaguine S. Isoprene by Prins condensation over acidic molecular sieves // J. Catal. 1997. V. 170. № 1. P. 150-160. http://doi.org/10.1006/jcat.1997.1745
  16. Dumitriu E., Hulea V., Fechete I., Catrinescu C., Auroux A., Lacaze J.-F., Guimon C. Prins condensation of isobutylene and formaldehyde over Fe-silicates of MFI structure // Appl. Catal. A Gen. 1999. V. 181. № 1. P. 15-28. http://doi.org/10.1016/S0926-860X(98)00366-4
  17. Vasiliadou E.S., Gould N.S., Lobo R.F. Zeolite-catalyzed formaldehyde-propylene Prins condensation // ChemCatChem. 2017. V. 9. № 23. P. 4417-4425. http://doi.org/10.1002/cctc.201701315
  18. Vasiliadou E.S., Li S., Caratzoulas S., Lobo R.F. Formaldehyde-isobutene Prins condensation over MFI-type zeolites // Catal. Sci. Technol. Royal Soc. of Chemistry. 2018. V. 8. № 22. P. 5794-5806. http://doi.org/10.1039/C8CY01667D
  19. Bedenko S.P., Kozhevnikov A.A., Demen'tev K.I., Tret'yakov V.F., Maximov A.L. The Prins condensation between i-butene and formaldehyde over modified BEA and MFI zeolites in liquid phase // Catal. Commun. 2020. V. 138. I. 105965. http://doi.org/10.1016/j.catcom.2020.105965
  20. Bedenko S.P., Dement'ev K.I., Tret'yakov V.F. Deactivation of zeolite catalysts in the Prins reaction between propene and formaldehyde in the liquid phase // Catalysts. 2021. V. 11. № 10. 1181. http://doi.org/10.3390/catal11101181
  21. Беденко С.П., Дементьев К.И., Третьяков В.Ф. Кинетика жидкофазной конденсации пропилена с формальдегидом в присутствии цеолитов H-MFI И H-BEA // Нефтехимия. 2022. Т. 62. № 5. С. 678-690. http://doi.org/10.31857/S0028242122050070
  22. Bedenko S.P., Dement'ev K.I., Tret'yakov V.F. Kinetics of liquid-phase condensation of propylene with formaldehyde over H-MFI and H-BEA zeolites // Petrol. Chemistry. 2022. V. 62. № 7. P. 768-778. http://doi.org/10.1134/S0965544122050073.
  23. Eckert C.A., Knutson B.L., Debenedetti P.G. Supercritical fluids as solvents for chemical and materials processing // Nature. 1996. V. 383. № 6598. P. 313-318. http://doi.org/10.1038/383313a0
  24. Bohács K., Kristály F., Mucsi G. The influence of mechanical activation on the nanostructure of zeolite // J. Mater. Sci. 2018. V. 53. № 19. P. 13779-13789. http://doi.org/10.1007/s10853-018-2502-2
  25. Ivanova I.I., Knyazeva E.E. Micro-mesoporous materials obtained by zeolite recrystallization: Synthesis, characterization and catalytic applications // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. № 9. P. 3671-3688. http://doi.org/10.1039/c2cs35341e
  26. Кузнецов П.С., Дементьев К.И., Паланкоев Т.А., Калмыкова Д.С., Малявин В.В., Сагарадзе А.Д., Максимов А.Л. Синтез высокоактивных наноцеолитов с использованием методов механического размола, перекристаллизации и деалюминирования // Наногетерогенный катализ. 2021. Т. 6. № 1. С. 3-16. http://doi.org/10.1134/S2414215821010068
  27. Kuznetsov P.S., Dementiev K.I., Palankoev T.A., Kalmykova D.S., Malyavin V.V., Sagaradze A.D., Maximov A.L. Synthesis of highly active nanozeolites using methods of mechanical milling, recrystallization, and dealumination (A review) // Petrol. Chemistry. 2021. V. 61. № 6. P. 649-662. http://doi.org/10.1134/S0965544121050182.
  28. Родионова Л.И., Князева Е.Е., Коннов С.В., Иванова И.И. Перспективы применения наноразмерных цеолитов в нефтехимии: синтез и каталитические свойства (Обзор) // Нефтехимия. 2019. Т. 59. № 3. С. 333-349. http://doi.org/10.1134/S0028242119030134
  29. Rodionova L.I., Knyazeva E.E., Konnov S.V., Ivanova I.I. Application of nanosized zeolites in petroleum chemistry: synthesis and catalytic properties (Review) // Petrol. Chemistry. 2019. V. 59. № 4. P. 455-470. http://doi.org/10.1134/S0965544119040133.
  30. Palčić A., Catizzone E. Application of nanosized zeolites in methanol conversion processes: A short review // Curr. Opin. Green Sustain. Chem. 2021. V. 27. P. 1-8. http://doi.org/10.1016/j.cogsc.2020.100393
  31. Дементьев К.И., Паланкоев Т.А., Кузнецов П.С., Абрамова Д.С., Ромазанова Д.А., Махин Д.Ю., Максимов А.Л. Влияние размерного фактора на активность цеолитов в реакции жидкофазного крекинга углеводородов // Нефтехимия. 2020. Т. 60. № 1. С. 34-43. http://doi.org/10.31857/S0028242120010062
  32. Dement'ev K.I., Palankoev T.A., Kuznetsov P.S., Abramova D.S., Romazanova D.A., Makhin D.Yu., Maksimov A.L. Effect of size factor on the activity of zeolites in the liquid-phase cracking of hydrocarbons // Petrol. Chemistry. 2020. V. 60. № 1. P. 30-38. http://doi.org/10.1134/S0965544120010065.
  33. Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report) // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. № 9-10. P. 1051-1069. http://doi.org/10.1515/pac-2014-1117
  34. Akçay K., Sirkecioǧlu A., Tatlier M., Savaşçi Ö.T., Erdem-Şenatalar A. Wet ball milling of zeolite HY // Powder Technol. 2004. V. 142. № 2-3. P. 121-128. http://doi.org/10.1016/j.powtec.2004.03.012
  35. Wakihara T., Sato K., Inagaki S., Tatami J., Komeya K., Meguro T., Kubota Y. Fabrication of fine zeolite with improved catalytic properties by bead milling and alkali treatment // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2010. V. 2. № 10. P. 2715-2718. http://doi.org/10.1021/am100642w
  36. Wakihara T., Ichikawa R., Tatami J., Endo A., Yoshida K., Sasaki Y., Komeya K., Meguro T. Bead-milling and postmilling recrystallization: An organic template-free methodology for the production of nano-zeolites // Cryst. Growth Des. 2011. V. 11. № 4. P. 955-958. http://doi.org/10.1021/cg2001656
  37. Saepurahman H.R. Insight into ball milling for size reduction and nanoparticles production of H-Y zeolite // Mater. Chem. Phys. Elsevier, 2018. V. 220. № 7. P. 322-330. http://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2018.08.080
  38. Groen J.C., Peffer L.A.A., Pérez-Ramírez J. Pore size determination in modified micro- and mesoporous materials. Pitfalls and limitations in gas adsorption data analysis // Microporous Mesoporous Mater. 2003. V. 60. № 1-3. P. 1-17. http://doi.org/10.1016/S1387-1811(03)00339-1
  39. Groen J.C., Pérez-Ramírez J. Critical appraisal of mesopore characterization by adsorption analysis // Appl. Catal. A: Gen. 2004. Vol. 268. P. 121-125.
  40. Smit B., Maesen T.L.M. Towards a molecular understanding of shape selectivity // Nature. 2008. V. 451. № 7179. P. 671-678. http://doi.org/10.1038/nature06552
  41. Wojciechowski B.W. The Kinetic foundations and the practical application of the time on stream theory of catalyst decay // Catal. Rev. 1974. V. 9. № 1. P. 79-113.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023