Хімія, фізика та технологія поверхні, 2014, 5 (2), 174-189.

Дегідрування пропану на VxOy/H-Ti-MCM-41



A. V. Redkina, N. D. Konovalova, K. N. Khomenko

Анотація


Дегідрування пропану в пропілен як за відсутності, так і за наявності кисню в реакційній суміші пропан – інертний газ досліджено на оксиді ванадію, нанесеному на мезопоруватий титаносилікат Н-Ti-MCM-41, який отримано гідротермальним синтезом з титаноаеросилу. Показано, що при збільшенні кількості VxOy від 5 до 30 мас.%, який наноситься розкладанням оксалатного або ацетилацетонатного комплексів ванадилу, впорядкованість системи Н-Ti-MCM-41 порушується, зменшується величина її поверхні, діаметр і об'єм мезопор. Максимальний вихід пропілену досягається при 650–675°С і виявляється на 20% більшим при дегідруванні пропану за відсутності кисню. Він екстремально залежить від сформованого об'єму пор, від його співвідношення з кислотністю активних центрів поверхні і припадає на певний, оптимальний діапазон зміни цих величин.

Ключові слова


MCM-41; ванадій; титан; дегідрування; пропан; пропілен

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


1. Макарян И.А., Савченко В.И. На пути разработки альтернативной энергосберегающей технологии целевого получения пропилена // Альтернативная энергетика и экология. – 2009. – № 10. – С. 99–121.

2. Брагинский О.Б. Мировая нефтехимическая промышленность. – Москва: Наука, 2003. – 556 с.

3. Макарян И.А., Рудакова М.И., Савченко В.И. Промышленные процессы целевого каталитического дегидрирования пропана в пропилен // Альтернативная энергетика и экология. – 2010. – Т. 86, № 6. – С. 67–81.

4. Андрес Ф., Гребе К. Химия и технология пропилена. – Ленинград: Химия, 1973. – 187 с.

5. Ройтер В.А. Каталитические свойства веществ. – Киев: Наукова думка, 1968. – 1463 с.

6. Реми Г. Курс неорганической химии. – Москва: Мир, 1974, Т. 2. – 836 с.

7. Скарченко В.К. Дегидрирование углеводородов. – Киев: Наукова думка, 1981. – 328 с.

8. Пахомов Н.А., Кашкин В.Н., Молчанов В.В., Носков А.С. Дегидрирование парафинов С2–С4 на Cr2O3/Al2O3катализаторах // Газохимия. – 2008. – Т. 4, № 3. – С. 66–69.

9. Sokolov S., Stoyanova M., Rodemerck U. et al. Comparative study of propane dehydro-genation over V-, Cr-, and Pt-based catalysts: Time on-stream behavior and origins of deactivation // J. Catal. – 2012. – V. 293. – P. 67–75.

10. Алхазов Т.Г., Лисовский А.Е. Окислительное дегидрирование углеводородов. – Москва: Химия, 1980. – 238 с.

11. Parmaliana A., Sokolovskii V., Miceli D., ,Giordano N. Highly effective vanadia-silica catalyst for propane oxidative dehydrogenation // Appl. Catal. A. – 1996. – V. 135, N 1. – P. L1–L5.

12. Matra G., Arena F., Coluccia S. et al. Factor controlling the selectivity of V2Osupported catalysts in the oxidative dehydrogenation of propane // Catal. Today. – 2000. – V. 63. – P. 197–207.

13. Monaci R., Rombi E., Soinas V. et al. Oxidative dehydrogenation of propane over V2O5/TiO2/SiO2 catalysts obtained by grafting titanium and vanadium alkoxides on silica // Appl. Catal. A. – 2001. – V. 214. – P. 203–212.

14. Solsona B., Blasco T., Lopez Nieto J.M. et al. Oxide supported on mesoporous MCM-41 as selective catalysts in oxidative dehydrogenation of alkanes // J. Catal. – 2001. – V. 203. – P. 443–452.

15. Liu Y.-M., Feng W.-L., Li T.-C. et al. Structure and catalytic properties of vanadium oxide supported on mesocellulous silica foams (MCF) for the oxidative dehydrogenation of propane to propylene // J. Catal. – 2006. – V. 239. – P. 125–136.

16. Karakoulia S.A., Triantafyllidis K.S., Lemonidou A.A. Preparation and characterization of vanadia catalysts supported on non-porous, microporous and mesoporous silicates for oxidative dehydrogenation of propane (ODP) // Microp. Mesop. Mater. – 2008. – V. 110. – P. 157–166.

17. Watson R.B., Ozkan U.S. Catalysts supported over sol-gel silica-titania mixed oxidesin the oxidative dehydrogenation of propane // J. Catal. – 2000. – V. 191. – P. 12–29.

18. Van Der Voort P., White M.G., Vansant E.F. Thermal decomposition of VO(acac)2 deposited on the surfaces of silica and alumina // Langmuir. – 1998. – V. 14. – P. 106–112.

19. Ustinov E.A., Do D.D., Jaroniec M. Adsorption of argon and nitrogen in cylindrical pores of MCM-41 materials: application of density functional theory // Appl. Surf. Sci. – 2005. – V. 252. – P. 1013–1028.

20. Halsey G. Physical adsorption on non-uniform surfaces // J. Chem. Phys. – 1948. – V. 16. – P. 931–937.

21. Руднєва A.В., Хоменко К.М., Коновалова Н.Д. та ін. Дослідження впливу складу та кислотності поверхні титанаеросилів на каталітичну активність нанесеного V2O5 // Вісник НАУ. – 2005. – № 3. – С. 201–205.

22. Kresge C.T., Leonowicz M.E., Roth Q.J. et al. Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism // Nature. – 1992. – V. 359. – P. 710–712.

23. Cundy C.S., Forrest J.O. Some observations on the preparation and properties of colloidal silicalites Part II: Preparation, characterisation and properties of colloidal silicalite-1, TS-1, silicalite-2 and TS-2 // Micropor. Mesopor. Mater. – 2004. – V. 72. – P. 67–80.

24. Халдеева О.А., Трухан Н.Н. Мезопористые титансиликаты как катализаторы процессов жидкофазного селективного окисления органических соединений // Успехи химии. – 2005. – Т. 75, № 5. – С. 460–483.

25. Бокий Г.Б. Кристаллохимия. – Москва: Наука, 1971. – 400 c.

26. Tamura M., Chaikittisilp W., Yokoi T., Okubo T. Incorporation process of Ti species into the framework of MFI type zeolite // Micropor. Mesopor. Mater. – 2008. – V. 112. – P. 202–210.

27. Eimer G.A., Chanquia C.M., Sapag K., Herrero E.R. The role of different parameters of synthesis in the final structure of Ti-containing mesoporous materials // Micropor. Mesopor. Mater. – 2008. – V. 116. – P. 670–676.

28. Воронин Е.Ф., Зарко В.И., Козуб Г.М., Пахлов К.М. Активные центры поверхности пирогенного титанокремнезема // Журн. физ. химии. – 1993. – Т. 67, № 10. – С. 2082–2084

29. Брей В.В., Миколайчук В.В., Чернявская Т.В. Изучение координационного состояния ионов титана в матрице высокодисперсного титансодержащего кремнезема // Сб. Химия, физика и технология поверхности. – 1997. – Вып. 2. – С. 27–31.

30. Fenelonov V.B., Romannikov V.N., Derevyankin A.Yu. Mesopore size and surface area calculations for hexagonal mesophases (types MCM-41, FSM-16, etc.) using low-angle XRD and adsorption data // Micropor. Mesopor. Mater. – 1999. – V. 28. – P. 57–72.

31. Грег C., Синг K. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. – Москва: Мир, 1984. – 310 с.

32. Ravikovitch P.I., Neimark A.V. Characterization of nanoporous materials from adsorption and desorption isotherms // Colloids and Surfaces A. – 2001. – V. 187–188. – P. 11–21.

33. Ibok E.E., Ollis D.F. Temperature-programmed desorption from porous catalysts. Shape index analysis // J. Catal. – 1980. – V. 66. – P. 391–400.

34. Wang X., Carabineiro H., Lemos F. et al. Propane conversion over a H-ZSM5 acid catalyst. Part 1. Observed kinetics // J. Molec. Catal. A. – 2004. – V. 216. – P. 131–137.

35. Hanu A.-M., Liu S., Meynen V. et al. Influence of the MCM-41 morphology on the vanadia deposition by a molecular designed dispersion method // Micropor. Mesopor. Mater. – 2006. – V. 95. – P. 31–38.

36. Goncalves M.L., Dimitrov L.D., Jorda M.H. et al. Synthesis of mesoporous ZSM-5 by crystallisation of aged gels in the presence of cetyltrimethylammonium cations // Catal. Today. – 2008. – V. 133–135. – P. 69–79.

37. Iannazzo V., Neri G., Galvagno S. et al. Oxidative dehydrogenation of isobutane over V2O5-based catalysts prepared by grafting vanadyl alkoxides on TiO2–SiO2 supports // Appl. Catal. A: Gen. – 2003. – V. 246. – P. 49–68.

38. Xue M. Chen H., Ge J., Shen J. Preparation and characterization of thermally stable high surface area mesoporous vanadium oxides // Micropor. Mesopor. Mater. – 2010. – V. 131. – Р. 37–44.

39. Barbosa G.N., Oliveira H.P. Synthesis and characterization of V2O5–SiO2 xerogel composites prepared by base catalysed sol–gel method // J. Non-Cryst. Solids. – 2006. – V. 352. – Р. 3009–3014.

40. Богомолов В.Н. Жидкости в ультратонких каналах (Нитяные и кластерные кристаллы) // УФН. – 1978. – Т. 124, № 1. – С. 171–182.

41. Третьяков Ю.Д., Лукашин А.В., Елисеев А.А. Синтез функциональных нанокомпозитов на основе твердофазных нанореакторов // Успехи химии. – 2004. – Т. 73, № 9. – С. 974–998.

42. Чуйко А.А., Горлов Ю.И., Лобанов В.В. Строение и химия поверхности кремнезема – Киев: Наукова думка, 2007. – 347 с.

43. Amiri A., Оye G., Sjоblom J. Influence of pH, high salinity and particle concentration on stability and rheological properties of aqueous suspensions of fumed silica // Colloids and Surfaces A. – 2009. – V. 349. – P. 43–54.

44. Keller D.E., Visser T., Soulimani F.В. et al. Hydration effects on the molecular structure of silica-supported vanadium oxide catalysts: A combined IR, Raman, UV–vis and EXAFS study // Vibrat. Spectros. – 2007. – V. 43. – P. 140–151.

45. Волков В.Л., Захарова Г.С., Переляева Л.А. Нанокомпозиты со слоистой структурой ксерогеля V2OnH2O // Журн. неорган. химии. – 2006. – Т. 51, № 1. – С. 47–51.

46. Cheng M-J., Chenoweth K., Oxgaard J. et al. III* Vanadyl activation, functionalization, and reoxidation reaction mechanism for propane oxidative dehydrogenation on the cubic V4O10 cluster // J. Phys. Chem. C. – 2007. – V. 111. – P. 5115–5127.

47. Редькина А.В., Белокопытов Ю.В., Коновалова Н.Д., Хоменко К.Н. Влияние степени восстановленности V2Oна адсорбцию пропилена и процесс окислительного дегидрирования пропана в пропилен на V2O5 и V2O5/TiO2-SiO2 // Теорет. и эксперим. химия. – 2007. – Т. 46, № 6. – С. 373–378.

48. Bandiera J., Dufaux M, Ben Taarit Y. Effect of the brønsted acid site strength on the cracking and dehydrogenating properties in propane conversion evidence for the soft-soft/hard-hard acid-base interaction concept // Appl. Catal. A. – 1997. – V. 148. – Р. 283–300.

49. Pantazidiz A., Auroux A., Herrmann J.-M., Mirodatos C. Role of acid-base and structural properties of VМgO catalysts in the oxidative dehydrogenation of propane // Catal. Today. – 1996. – V. 32. – P. 81–88.

50. Chen K., Xie S.,.Bell A.T., Iglesia E. Alkali effects on molybdenum oxide catalysts for the oxidative dehydrogenation of propane // J. Catal. – 2000. – V. 195. – P. 244–252.




Copyright (©) 2014 A. V. Redkina, N. D. Konovalova, K. N. Khomenko