Структура та стабільність MnOx-Na2WO4/SiO2 каталізатора окиснювальної конденсації метану

Анотація

Зразки MnO_x-Na₂WO₄/SiO₂ на основі мезопористої кремнеземної матриці були синтезовані з використанням ацетату мангану, вольфрамату натрію, тетраетоксисилану (TEOS) як попередників і броміду цетилтриметиламонію (CTAB), лимонної кислоти та триетаноламіну як пороутворювача, охарактеризовані за допомогою скануючої електронної мікроскопії з енергодисперсійним елементним аналізом (SEM/EDS), рентгенівської дифрактометрії (XRD), електронного магнітного резонансу (EMR), вимірюванням адсорбції-десорбції N₂ і випробувані як каталізатор реакції окиснювальної конденсації метану (OCM). Показано, що каталізатор MnNaW/SiO₂ складається з фаз Mn₂O₃, MnO₂, Na₂WO₄ та SiO₂. Дані EMR та SEM/EDS свідчать про помітний вплив умов реакції на структуру поверхні та розподіл каталітично активних компонентів у структурі каталізатора. Встановлено значні зміни значень питомої поверхні та об’єму пор зразків зі збільшенням температури та тривалості реакції (значення питомої поверхні та об’єму пор відповідно 116.8 м²/г та 0.590 см³/г – до 46.1 м²/г і 0.232 см³/г після 15 годин роботи каталізатора в реакції ОКМ при 800 °С). Показано, що в умовах реакції ОКМ елементний склад поверхні MnO_x- каталізатор Na₂WO₄/SiO₂ змінюється, і ступінь зміни залежить від тривалості реакції OCM. Під впливом реакційної суміші CH₄/O₂ вміст Mn і W зменшується в перші дві години, причому тенденція до зменшення їхньої кількості на поверхні каталізатора зі збільшенням тривалості реакції ОКМ в цілому зберігається. Детальний рентгенофазовий аналіз також свідчить про зміну фазового складу цього каталізатора під впливом реакційної суміші CH₄/O₂. Передбачається, що за умов реакції (700–800 °C) каталізатор MnO_x-Na₂WO₄/SiO₂ є частинками діоксиду кремнію в основі зі структурою кристаболіту, поверхня яких покрита розплавленим вольфраматом натрію, що містить нанорозмірні частинки структур MnO_x, активованих іонами натрію та WO_x.