ДОСЛІДЖЕННЯ КИСЛОТНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ СКЛАДНОЇ МАНГАН-НІКЕЛЬФОСФАТНОЇ КАТАЛІТИЧНОЇ СИСТЕМИ
DOI:
https://doi.org/10.24144/2414-0260.2019.2.81-90Ключові слова:
каталіз, каталізатори, гетерогенне окиснення, парціальне окиснення н-алканів, C1-C4 –вуглеводні, етан, етилен, фосфатиАнотація
Синтезовано індивідуальні фосфати мангану та нікелю та сім складних кислотних каталітичних систем на їх основі типу хMn2P2O7·уNi3(PO4)2 з різним вмістом обох фосфатів. Сучасними методами фізико-хімічного аналізу: рентгенофазовим (РФА), диференційно-термічним (ДТА), ІЧ-спектроскопічним досліджено вплив умов синтезу на склад та структуру одержаних каталізаторів, природу і характер формування активних центрів поверхні та інших фізико-хімічних параметрів зразків. Досліджені кислотні властивості поверхні одержаних індивідуальних фосфатів мангану та нікелю і складних манган-нікельфосфатних каталітичних систем та розподіл активних центрів на ній. Підтверджено модифікуючу роль іонів нікелю Nі2+ в структурі манганфосфатного каталізатора. Встановлено наявність синергетичного ефекту обох вказаних фосфатів щодо величини кислотності в структурі синтезованих складних каталітичних систем. Доведено, що як і передбачалось, внаслідок зростання вмісту Ni3(PO4)2 в структурі Mn2P2O7 спостерігається різке підвищення кислотності поверхні, максимальна величина якої досягається на зразку К-6. При цьому на всіх складних манган-нікельфосфатних каталізаторів величина загальної кислотності є вищою, порівняно з індивідуальними фосфатами Mn2P2O7 і Ni3(PO4)2. Встановлена залежність кислотності поверхні фосфатних каталізаторів від температури прожарювання та від вмісту в них хімічно зв’язаної води. Це дає підстави вважати, що в процесі дегідратації в іонів металів, які утворюють фосфат, з’являються вільні орбіталі. Ці вакантні орбіталі та зв’язана з ними спорідненість до електронної пари і є причиною поверхневої кислотності фосфатних каталізаторів. Оскільки кислотність поверхні має вирішальний вплив на селективність контактів, тому слід очікувати, що серед синтезованих складних фосфатних твердих фаз знайдуться і високоселективні каталізатори процесу окиснення н-алканів в цінні продукти. Одержані результати ще раз підтвердили, що у змішаних складних оксидах, до складу яких входить декілька катіонів із різними зарядами, кислотні властивості посилюються, підсилюються порівняно з окремо взятими простими оксидами. При цьому величина кислотності визначається донорно-акцепторними властивостями катіонів, що входять до складу складного оксиду. Тому величина кислотності поверхні є важливою і необхідною характеристикою складних оксидних каталізаторів парціального окиснення парафінових вуглеводнів. Підтверджено, що особливостями одержаних складних каталітичних систем типу хMn2P2O7.уNi3(PO4)2, як і прогнозувалось,є наявність всіх необхідних параметрів: великої термічної та хімічної стійкості, розвинутої питомої поверхні, оптимальної кислотності, активних центрів на поверхні, що дає змогу використати одержані їх в каталітичних процесах в якості ефективних каталізаторів парціального окиснення вуглеводнів в цінні продукти.Посилання
Buyanov R.A. Nauchnyie osnovyi prigotovleniya i tehnologii katalizatorova. Kataliz i katalizatoryi. 1998, 151–152 (in Russ.).
Golodecz G.I. Rol` kislotny`kh svojstv poverkhnosti v reakcziyakh geterogennogo kataliticheskogo okisleniya. Kataliz i katalizatory`. 1980, 18, 66–75 (in Russ.).
Golub N.P., Gomonay V.I., Szekeresh K.Y. Influence of the surface characteristics of TiP2O7 on its catalytic activity in the oxidation of hydrocarbons. Theoretical and Experimental Chemistry. 2013, 49(1), 52–57.
Golub Ye.O., Golub N.P., Gomonaj V.I., Sekeresh K.Yu., Borko V.O., Barenblat I.O. Kinetic laws of the partial oxidation of lowest hidrocarbons in phosphate catalyst. Sci. Bull. Uzhh. Univ. Ser. Chem. 2015, 2(34), 75–79 (in Ukr.).
Golodecz G.I. Geterogenno-kataliticheskie reakczii s uchastiem molekulyarnogo kisloroda. K.: Naukova dumka, 1977. S. 173 (in Russ.).
Golub N., Gomonay V., Gomonay P., Szekeresh K. Synthesis and Modification of Catalysts of the Partial Oxidation of n-Alkanes. Adsorption Science & Technology. 1999, 17(5), 403–406.
Golub Ye.O., Golub N.P., Koz`ma A.A., Glebena G.F., Galushkaj J.V., Gomonaj V.I., Barenblat I.O. Synthesis of complex mangan-nickelphosphatic catalytic system and research of its different physical-chemical properties. Sci. Bull. Uzhh. Univ. Ser. Chem. 2018, 2(40), 65–74 (in Ukr.).
Tanabe K. Tverdy`e kisloty` i osnovaniya. Moskva: Mir, 1973. S. 125(in Russ.).
Staszczuk P., Danielkiewicz T., Klinowski J. The investigations of the adsorbend layers and heterogeneous properties of the MCM-41 molecular sieve using the special thermal analysis method. IV Polish-Ukrainian Symposium “Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological applications”. Lublin, Poland. 1999, Р. 51.
Zanazzi P.F., Leavens P.B., White J.S. Crystal structure of switzerite, Mn3(PO4)2(H2O)7 and its relationship to metaswitzerite, Mn3(PO4)2(H2O)4. American Mineralogist. 1986, 71, 1224–1228.
Chippindale A.M., Gaslain F.O.M., Bond A.D., Powell A.V. Synthesis and characterisation of a new layered ammonium manganese (II) diphosphate (NH4)2[Mn3(P2O7)2 (H2O)2]. Journal of Materials Chemistry. 2003, 13, 1950–1955.
Stefanidis T., Nord A.G. Structural Studies of Thortveitite-Like Dimanganese Diphosphate, Mn2P2O7. Acta Crystallographica C. 1984, 40, 1995–1999.
Golub N.P., GomonayV.I., Barenblat I.O., Sekeresh K.Yu. Fizy`ko-ximichni ta katality`chni vlasty`vosti Co-Ni-P sy`stemy`. Ukrayins`ky`j khimichny`j zhurnal, 2008, 72(1), 47–50 (in Ukr.).
Barenblat I.O. Vplyv skladu kobalt-nikel-fosfatnykh katalizatoriv na protses partsialnoho okysnennia etanu: Avtoref. dys. … kand. khim. nauk: 02.00.04, IFKh im. L.V.Pysarzhevskoho NAN Ukrainy, Kyiv, 2008 (in Ukr.).
Golub Ye.O., Golub N.P., Gomonay V.I., Kozma A.A., Galushkaj J.V., Foros N.M., Glebena G.F. Synthesis of complex catalytic system type хCrРО4.уNi3(РО4)2 and research of its acid properties to surface. Sci. Bull. Uzhh. Univ. Ser. Chem. 2018, 1(39), 71–76 (in Ukr.).
Golub N.P., Golub Ye.O., Madyar N.M., Gomonay V.I., Sekeresh K.Yu., Barenblat I.O. Synthesis and investigation physicochemical properties of catalytic complex system type xАlРО4.yСо3(РО4)2 . Sci. Bull. Uzhh. Univ. Ser. Chem. 2015, 2(34), 83–89(in Ukr.).
Nakamoto K. Infrakrasnyie spektryi neorganicheskih i koordinatsionnyih soedineniy. Moskva: Mir, 1982. S. 160 (in Russ.).
Pechkovskiy V.V., Melnikova R.Ya., Dzyuba E.D., Barannikova T.I., Nikanovich M.V. Atlas infrakrasnyih spektrov fosfatov. Ortofosfatyi. Moskva: Nauka, 1981. S. 248 (in Russ.).
Homonai V.I. Shliakhy partsialnoho peretvorennia C1-C4 vuhlevodniv. Sci. Bull. Uzhh. Univ. Ser. Chem. 1997, 2, 81–86 (in Ukr.).
Gomonay V., Barenblat I., Golub N., Szekeresh K. The mechanism formation of ethylene and monooxide of carboneum at heterogenous oxidation of ethane. VI Ukrainian-Polish Symposium “Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological applications”. Odessa, Ukraina. 2001, P. 73–75.
