Свойства палладий-фосфорных катализаторов, нанесенных на цеолит НZSM-5, в прямом синтезе пероксида водорода

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Изучены свойства катализаторов Pd/HZSM-5 и Pd–nP/HZSM-5 в прямом синтезе и побочных процессах разложения и гидрирования H2O2 в мягких условиях в этаноле и водно-этанольной среде в присутствии кислотного ингибитора. Методами ПЭМ ВР, РФА и МС ИСП показано, что в результате модифицирования фосфором образуются рентгеноаморфные высокодисперсные системы, которые представляют структурно неупорядоченные твердые растворы фосфора в палладии. Рассмотрены основные причины промотирующего действия фосфора на выход H2O2. Установлено, что наряду с фосфорным и кислотным модификаторами применение цеолитного носителя в Н-форме благоприятствует ингибированию побочного процесса разложения H2O2.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. Б. Белых

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: belykh@chem.isu.ru
Россия, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003

Н. И. Скрипов

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет

Email: belykh@chem.isu.ru
Россия, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003

Е. А. Миленькая

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет

Email: belykh@chem.isu.ru
Россия, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003

Т. А. Корнаухова

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет

Email: belykh@chem.isu.ru
Россия, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003

Т. П. Стеренчук

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет

Email: belykh@chem.isu.ru
Россия, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003

Ю. К. Степанова

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет

Email: belykh@chem.isu.ru
Россия, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003

Ф. К. Шмидт

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет

Email: belykh@chem.isu.ru
Россия, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003

Список литературы

  1. Brehm J., Lewis R.J., Morgan D.J., Davies T.E., Hutchings G.J. // Catal. Lett. 2022. V. 152. P. 254.
  2. Menegazzo F., Signoretto M., Ghedini E., Strukul G. // Catalysts. 2019. V. 9. № 3. P. 251.
  3. Blanco-Brieva G., Desmedt F., Miquel P., Campos-Martin J.M., Fierro J.L.G. // Catalysts. 2022. V. 12. P. 796.
  4. Ranganathan S., Sieber V. // Catalysts. 2018. V. 8. № 9. P. 379.
  5. Мухортова Л.И., Ефимов Ю.Т., Глушков И.В., Константинова. Т.Г. Химия и технология пероксида водорода: учебное пособие. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2020. 104 с.
  6. Liang J., Wang F., Li W., Zhang J., Guo C.-L. // Mol. Catal. 2022. V. 524. 112264.
  7. Lewis R.J., Koy M., Macino M., Das M., Carter J.H., Morgan D.J., Davies T.E., Ernst J.B., Freakley S.J., Glorius F., Hutchings G.J. // J. Am. Chem. Soc. 2022. V. 144. P. 15431.
  8. Campos-Martin J.M., Blanco-Brieva G., Fierro G. // Angew. Chem. Int. Ed. 2006. V. 45. № 42. P. 6962.
  9. Lewis J., Hutchings G.J. // ChemCatChem. 2019. V. 11. P. 298.
  10. Gemo B.N., Salmi T., Biasi P. // React. Chem. Eng. 2016. V. 1. P. 300.
  11. Barnes A., Lewis R.J., Morgan D.J., Davies T.E., Hutchings G.J. // Catal. Sci. Technol. 2022. V. 12. P. 1986.
  12. Han G.-H., Lee S.-H., Hwang S.-Y., Lee K.-Y. // Adv. Energy Mater. 2021. 2003121.
  13. Liu Y., McCue A.J., Li D. // ACS Catal. 2021. V. 11. P. 9102.
  14. Ван Я., Нуждин А.Л., Шаманаев И.В., Бухтиярова Г.А. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 6. С. 743.
  15. Журенок А.В., Марковская Д.В., Потапенко К.О., Черепанова С.В., Сараев А.А., Герасимов Е.Ю., Козлова Е.А. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 3. С. 294.
  16. Belykh L.B., Skripov N.I., Sterenchuk T.P., Milenkaya E.A., Kornaukhova T.A., Schmidt F.K. // Appl. Catal. A: Gen. 2023. V. 664. 119330.
  17. Белых Л.Б., Скрипов Н.И., Стеренчук Т.П., Акимов В.В., Таусон В.Л., Лихацкий М.Н., Миленькая Е.А., Корнаухова Т.А., Шмидт Ф.К. // Кинетика и катализ. 2023. T. 64. № 6. C. 749. (Belykh L.B., Skripov N.I., Sterenchuk T.P., Akimov V.V., Tauson V.L., Likhatski M.N., Milenkaya E.A., Kornaukhova T.A., Schmidt F.K. // Kinet. Catal.2023. V. 64. No. 6. P. 804.)
  18. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. Москва: Мир, 1976. 572 с. (Gordon A.J., Ford R.A. The Chemist’s Companion. New-York: Wiley & Sons, 1972.)
  19. Armarego W.L.F., Christina L.L.C. Purification of laboratory chemicals. 6th Еdition. Elsevier, 2009. 760 р.
  20. Matthews J.C., Nashua N.H., Wood L.L. USA Patent 3,474,464, 1969.
  21. Sandri F., Danieli M., Zecca M., Centomo P. // ChemCatChem. 2021. V. 13. P. 2653.
  22. Белых Л.Б., Скрипов Н.И., Белоногова Л.Н., Уманец В.А., Шмидт Ф.К. // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. № 1. С. 47. (Belykh L.B., Skripov N.I., Belonogova, L.N., Umanets, V.A., Schmidt F.K. // Kinet. Catal. 2010. V. 51. No. 1. P. 42.)
  23. Скрипов Н.И., Белых Л.Б., Белоногова Л.Н., Уманец В.А., Рыжкович Е.Н., Шмидт Ф.К. // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. № 5. С. 739. (Skripov N.I., Belykh L.B., Belonogova, L.N., Umanets, V.A., Ryzhkovich E.N., Schmidt F.K. // Kinet. Catal. 2010. V. 51. No. 5. P. 714.)
  24. Белых Л.Б., Скрипов Н.И., Белоногова Л.Н., Рохин А.В., Шмидт Ф.К. // ЖОХ. 2009. Т. 79. № 1. С. 94. (Belykh L.B., Skripov N.I., Belonogova, L.N., Rokhin A.V., Schmidt F.K. // Russ. J. Gen. Chem. 2009. V. 79. No. 1. P. 92.)
  25. Николаев С.А., Занавескин Л.Н., Смирнов В.В., Аверьянов В.А., Занавескин К.Л. // Успехи химии. 2009. Т. 78. № 3. С. 248. (Nikolaev S.A., Zanaveskin L.N., Smirnov V.V., Averyanov V.A., Zanaveskin K.L. // Russ. Chem. Rev. 2009. V. 78. P. 231.)
  26. Белых Л.Б., Стеренчук Т.П., Скрипов Н.И., Акимов В.В., Таусон В.Л., Романченко А.С., Гвоздовская К.Л., Санжиева С.Б., Шмидт Ф.К. // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 6. С. 788. (Belykh L.B., Sterenchuk T.P., Skripov N.I., Akimov V.V., Tauson V.L., Romanchenko A.S., Gvozdovskaya K.L., Sanzhieva S.B., Shmidt F.K. // Kinet. Catal. 2019. V. 60. No. 6. P. 808.)
  27. Белых Л.Б., Скрипов Н.И., Стеренчук Т.П., Акимов В.В., Таусон В.Л., Шмидт Ф.К. // ЖОХ. 2016. Т. 86. № 9. С. 1454. (Belykh L.B., Skripov N.I., Sterenchuk T.P., Akimov V.V., Tauson V.L., Schmidt F.K. // Russ. J. Gen. Chem. 2016. V. 86. No. 9. P. 2022.)
  28. Shi Y., Elnabawy A.O., Gilroy K.D., Hood Z.D., Chen R., Wang C., Mavrikakis M., Xia Y. // ChemCatChem. 2022. V. 14. № 16. e202200475.
  29. Cao K., Yang H., Bai S., Xu Y., Yang C., Wu Y., Xie M., Cheng T., Shao Q., Huang X. // ACS Catal. 2021. V. 11. P. 1106.
  30. Jeong H.E., Kim S., Seo M.-G., Lee D.-W., Lee K.-Y. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2016. V. 420. P. 88.
  31. Wilson N.M., Flaherty D.W. // J. Am. Chem. Soc. 2016. V. 138. P. 574.
  32. Tian P., Ouyang L., Xu X., Ao C., Xu X., Si R., Shen X., Lin M., Xu J., Han Y.-F. // J. Catal. 2017. V. 349. P. 30.
  33. Chen L., Medlin J.W., Gronbeck H. // ACS Catal. 2021. V. 11. P. 2735.
  34. Belykh L.B., Skripov N.I., Sterenchuk T.P., Akimov V.V., Tauson V.L., Milenkaya E.A., Schmidt F.K. // Eur. J. Inorg. Chem. 2021. V. 44. P. 4586.
  35. Clausen B.S., Topsoe H., Frahm R. // Adv. Catal. 1998. V. 42. P. 315.
  36. Deschner B.J., Doronkin D.E., Sheppard T.L., Zimina A., Grunwaldt A., Dittmeyer R. // J. Phys. Chem. C. 2021. V. 125. P. 3451.
  37. Flanagan B.T.B., Biehl G.E., Clewley J.D., Kundqvist S., Anderson Y. // J.C.S. Faraday I. 1980. V. 76. P. 196.
  38. Белых Л.Б., Скрипов Н.И, Акимов В.В., Таусон В.Л., Степанова Т.П., Шмидт Ф.К. // ЖОХ. 2013. Т. 83. № 12. С. 1974. (Belykh L.B., Skripov N.I., Akimov V.V., Tauson V.L., Stepanova T.P., Schmidt F.K. // Russ. J. Gen. Chem. 2013. V. 83. No. 12. P. 2260.)
  39. Ott L.S., Finke R.G. // Coord. Chem. Rev. 2007. V. 251. P. 1075.
  40. Han G.-H., Lee S.-H., Hwang S.-Y., Lee K.-Y. // Adv. Energy Mater. 2021. 2003121.
  41. Hu B., Deng W., Li R., Zhang Q., Wang Y., Delplanque-Janssens F., Paul F., Desmedt F., Miquel P. // J. Catal. 2014. V. 319. P. 15.
  42. Zhang J., Shao Q., Zhang Y., Bai S., Feng Y., Huang X. // Small. 2018. V. 14. 1703990.
  43. Liang W., Fu J., Chen H., Zhang X., Deng G. // Mater. Lett. 2021. V. 283. 128857.
  44. Richards T., Lewis R.J., Morgan D.J., Hutchings G.J. // Catal. Lett. 2023. V. 153. P. 32.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Кинетические кривые накопления H2O2 (а), изменения селективности по H2О2 (б) и конверсии H2 (в) в мягких условиях в присутствии катализаторов Pd–1.0P/НZSM-5(толуол) (1), Pd–0.3P/НZSM-5(ДМФА) (2), Pd–0.3P/НZSM-5(толуол) (3), Pd/НZSM-5(толуол) (4), Pd/НZSM-5(ДМФА) (5). Условия процесса: ν(Pd) = 5 × 10–6 моль, Т = 10°С, Р = 1 атм, растворитель – этанол (50 мл). Селективность в присутствии катализатора Pd/НZSM-5(ДМФА) не рассчитывали из-за низкой конверсии водорода.

Скачать (305KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Активности Pd- и Pd–P-катализаторов (а) и частоты оборотов накопления H2O2 (б) в прямом синтезе в мягких условиях в этаноле (зеленый) и в присутствии раствора HCl (красный).

Скачать (405KB)
Метаданные
4. Рис. 3. ПЭМ-снимки катализаторов Pd/HZSM-5(толуол) (а), Pd–0.3Р/HZSM-5(толуол) (б), Pd–1.0Р/HZSM-5(толуол) (в), Pd–0.3Р/HZSM-5(ДМФА) (г) и Pd–0.3Р/HZSM-5(ДМФА) (д).

Скачать (726KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ПЭМ-снимки высокого разрешения катализаторов Pd–0.3Р/HZSM5(толуол) (а), Pd–1.0Р/HZSM-5(толуол) (б), Pd–0.3Р/HZSM-5(ДМФА) (в).

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кинетические кривые накопления H2O2 (а), изменения селективности по H2O2 (б) и конверсии H2 (в) в мягких условиях в присутствии катализаторов Pd–1.0P/НZSM-5(толуол) (1), Pd–0.3P/НZSM-5(толуол) (2), Pd–0.3P/НZSM-5(ДМФА) (3), Pd/НZSM-5(толуол) (4), Pd/НZSM-5(ДМФА) (5). Условия процесс: ν(Pd) = 5 × 10–6 моль, Т = 10°С, Р = 1 атм, растворитель – этанол (40 мл) : раствор HCl (10 мл). Селективность в присутствии катализатора Pd/НZSM-5(ДМФА) не рассчитывали из-за низкой конверсии водорода.

Скачать (294KB)
Метаданные