Хімія, фізика та технологія поверхні, 2011, 2 (1), 41-52.

Модификація властивостей поверхні активованого вугілля КАУ



D. V. Brazhnyk, I. V. Bacherikova, V. A. Zazhigalov, A. Kowal

Анотація


Методами ДТА, РФЕС, АСМ та титрування за Бьомом вивчені властивості окисленого активованого вугілля КАУ, термічно модифікованого при різних температурах в інертному середовищі. Каталітична активність синтезованих зразків досліджена в реакції окиснення H2S. На поверхні активованого вугілля встановлено присутність трьох типів кисневмісних частинок. Показано, що каталітична активність зразків в окисненні сірководню корелює з відносним вмістом ОН-груп та заряджених форм кисню на поверхні вугілля (О2.1 та О3.1тип кисню з Езв. = 533,2-533,7 та 536,8-537,6 еВ, відповідно). Найактивніший зразок, модифікований при температурі 1000ºС, перетворив 57 ммоль H2S/г каталізатора при температурі реакції 180ºС. Зразки V/КАУ синтезовані трьома різними методами (просоченням по вологоємкості та осадженням з водного розчину NH4VO3, а також взаємодією с VO(acac)2 в середовищі ацетонітрилу). Було встановлено, що синтез в органічному середовищі спричиняє утворення нанодисперсних кластерів ванадію на поверхні активного вугілля. Зразки, які містять ванадій, більш активні в порівнянні з термічно модифікованим вугіллям в реакції окиснення H2S при температурі 180ºС. Зразок, синтезований в органічному середовищі, найактивнішій в реакції окиснення сірководню, перетворив більш ніж 132 ммоль H2S/г каталізатора без втрати активності. Покриття поверхні щільним шаром сірки, яка утворюється в результаті реакції, є причиною дезактивації каталізаторів в реакції селективного окиснення H2S.

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Wieckowska J. Catalytic and adsorptive desulfurization of gases // Catal. Today. – 1995. – V. 24, N 4. – P. 405–465.

Pieplu A., Saur O., Lavelley J.C. et al. Claus Catalysis and H2S Selective Oxidation // Catal. Rev. Sci. Eng. – 1998. – V. 40, N 4. – P. 409–450.

Marshneva V.I., Mokrinskii V.V. Catalytic activity of metal oxides in hydrogen sulfide oxidation by oxygen and sulfur dioxide // Kinet. Catal. – 1989. – V. 29, N 4. – P. 854–858.

Li K.-T., Chien T.-Y. Effect of supports in hydrogen sulfide oxidation on vanadium-based catalysts // Catal. Lett. – 1999. – V. 57, N 1–2. – P. 77–80.

Laperdrix E., Costentin G., Saur O. et al. Selective Oxidation of H2S over CuO/Al2O3: Identification and Role of the Sulfurated Species formed on the Catalyst during the Reaction // J. Catal. – 2000. – V. 189, N 1. – P. 63–69.

Park D.-W., Park B.-K., Park D.-K., Woo H-C. Vanadium-antimony mixed oxide catalysts for the selective oxidation of H2S containing excess water and ammonia // Appl. Catal. A. – 2002. – V. 223, N 1–2. – P. 215–224.

Davydov A.A., Marshneva V.I., Shepotko M.L. Metal oxides in hydrogen sulfide oxidation by oxygen and sulfur dioxide: I. The comparison study of the catalytic activity. Mechanism of the interactions between H2S and SO2 on some oxides // Appl. Catal. A. – 2003. – V. 244, N 1. – P. 93–100.

Rosso I., Galletti C., Bizzi M. et al. Zinc Oxide Sorbents for the Removal of Hydrogen Sulfide from Syngas // Ind. Eng. Chem. Res. – V. 42, N 8. – P. 1688–1697.

Lee E.-K., Jung K.-D., Joo O.-S., Shul Y.-G. Catalytic activity of Mo/MgO catalyst in the wet oxidation of H2S to sulfur at room temperature // Appl. Catal. A. – 2004. – V. 268, N 1–2. – P. 83–88.

Sánchez J.M., Ruiz E., Otero J. Selective Removal of Hydrogen Sulfide from Gaseous Streams Using a Zinc-Based Sorbent // Ind. Eng. Chem. Res. – 2005. – V. 44, N 2. – P. 241–249.

Steijns M., Mars P. The role of sulfur trapped in micropores in the catalytic partial oxidation of hydrogen sulfide with oxygen // J. Catal. – 1974. – V. 35, N 1. – P. 11–17.

Steijns M., Mars P. Catalytic Oxidation of Hydrogen Sulfide. Influence of Pore Structure and Chemical Composition of Various Porous Substances // Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. – 1977. – V.16, N 1. – P.35–41.

Richter E. Carbon catalysts for pollution control // Catal. Today. – 1990. – V. 7, N 2. – P. 93–112.

Choi J.J., Hirai M., Shoda M. Catalytic oxidation of hydrogen sulphide by air over an activated carbon fibre // Appl. Catal. A. – 1991. – V. 79, N 2. – P. 241–248.

Mikhalovsky S.V. Zaitsev Yu.P. Catalytic properties of activated carbons. I. Gas-phase oxidation of hydrogen sulphide // Carbon. – 1997. – V. 35, N 9. – P. 1367–1374.

Primavera A., Trovarelli A., Primavera A. et al. The effect of water in the low-temperature catalytic oxidation of hydrogen sulfide to sulfur over activated carbon // Appl. Catal. A. – 1998. – V. 173, N 2. – P. 185–192.

Meeyoo V., Lee J.H., Trimm D.L., Cant N.W. Hydrogen sulphide emission control by combined adsorption and catalytic combustion // Catal. Today. – 1998. – V. 44, N 1–4. – P. 67–72.

Keller N., Pham-Huu C., Crouzet C. et al. Direct oxidation of H2S into S. New catalysts and processes based on SiC support // Catal. Today. – 1999. – V. 53, N 4. – P.535–542.

Bagreev A., Bandosz T.J. On the Mechanism of Hydrogen Sulfide Removal from Moist Air on Catalytic Carbonaceous Adsorbents // Ind. Eng. Chem. Res. – 2005. – V. 44, N 3. – P. 530–538.

Atamny F., Blöcker J., Dübotzky A. et al. Surface chemistry of carbon: activation of molecular oxygen // Mol. Phys. – 1992. – V. 76, N 4. – P. 851–886.

Pigamo A., Besson M., Blanc B. et al. Effect of oxygen functional groups on synthetic carbons on liquid phase oxidation of cyclohexanone // Carbon. – 2002. – V. 40, N 8. – P. 1267–1278.

Szymaski G.S., Karpiski Z., Biniak S., Swiatkowski A. The effect of the gradual thermal decomposition of surface oxygen species on the chemical and catalytic properties of oxidized activated carbon // Carbon. – 2002. – V. 40, N 14. – P. 2627–2639.

Strelko V., Malik D.J., Streat M. Characterisation of the surface of oxidised carbon adsorbents // Carbon. – 2002. – V. 40, N 1. – P. 95–104.

Zazhigalov V.A., Brazhnyk D.V., Zaitsev Yu.P. et al. Activity of Me/carbon supported catalysts in H2S oxidation // CarboCat: Abstracts of I International Symposium on Carbon for Catalysis (June, 2004, Lausanne, Switzerland). – P. 182.

Boehm H.P. Chemical identification of surface groups // Advances in Catalysis / Eds. D.D. Eley, H. Pines, P.B. Weisz. – New York: Academic Press, 1966. – V. 16. – P. 179–274.

Proctor A., Sherwood P.M.A. X-ray photoelectron spectroscopic studies of carbon fibre surfaces. I. carbon fibre spectra and the effects of heat treatment // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. – 1982. – V. 27, N 1. – P. 39–56.

Gardella J.A. Ferguson S.A., Chin R.L. p*←p Shakeup Satellites for the Analysis of Structure and Bonding in Aromatic Polymers by X-Ray Photoelectron Spectroscopy // Appl. Spectrosc. – 1986. – V. 40, N 2. – P. 224–232.

Xie Y., Sherwood P.M.A. X-ray photoelectron-spectroscopic studies of carbon fiber surfaces. 11. Differences in the surface chemistry and bulk structure of different carbon fibers based on poly(acrylonitrile) and pitch and comparison with various graphite samples // Chem. Mater. – 1990. – V. 2, N 3. – P. 293–299.

Paal Z., Schlogl R., Ertl G. The surface state and catalytic properties of Pt black after O2-H2 cycles // Catal. Lett. – 1992. – V. 12, N 2. – P. 331–344.

Albers P., Deller K., Despeyroux B.M. et al. SIMS/XPS Investigations on Activated Carbon Catalyst Supports // J. Catal. – 1994. – V. 150, N 2. – P. 368–375.

Darmsadt H. Roy C., Kaliaguine S. ESCA characterization of commercial carbon blacks and of carbon blacks from vacuum pyrolysis of used tires // Carbon. – 1994. – V. 32, N 8. – P. 1399–1406.

Burg P., Fydrych P., Cagniant D. et al. The characterization of nitrogen-enriched activated carbons by IR, XPS and LSER methods // Carbon. – 2002. – V. 40, N 9. – P. 1521–1531.

Papirer E., Dentzer J., Li Sh., Donnet J.B. Surface groups on nitric acid oxidized carbon black samples determined by chemical and thermodesorption analyses // Carbon. – 1991. – V. 29, N 1. – P. 69–72.

Bradley R.H., Daley R., Le Goff F. Polar and dispersion interactions at carbon surfaces: further development of the XPS-based model // Carbon. – 2002. – V. 40, N 8. – P. 1173–1179.

Stöhr B., Boehm H.P., Schlögl R. Enhancement of the catalytic activity of activated carbons in oxidation reactions by thermal treatment with ammonia or hydrogen cyanide and observation of a superoxide species as a possible intermediate // Carbon. – 1991. – V. 29, N 6. – P. 707–720.

Moulder J.F., Stickle W.F., Sobol P.E., Bomben K.D. Handbook of X-Ray photoelectron spectroscopy. – Minnesota: Perkin-Elmer Corp., 1992.

Schwefel W. Gmelins Handbuch der Anorganishen Chemie. – 8th ed. – Weinheim: Verlag Chemie, 1953. – 762 S.

Lin M.J., Lunsford J.H. An electron paramagnetic resonance study of the hydrogen sulfide (H2S2-) radical on magnesium oxide // J. Phys. Chem. – 1976. – V. 80, N 18. – P. 2015–2018.

Karge H.G., Raskó J. Hydrogen sulfide adsorption on faujasite-type zeolites with systematically varied Si-Al ratios // J. Colloid Interface Sci. – 1978. – V. 64, N 3. – P. 522–532.

Liu C.L., Chuang T.T., Dalla Lana I.G. The oxidizing properties of γ-alumina: Infrared studies of the adsorption of H2S and CS2 // J. Catal. – 1972. – V. 26, N 3. – P. 474–476.

Karge H.G., Laniecki M., Zioek M. UV-visible spectroscopic investigations of the modified claus reaction on NaX zeolite catalysts // J. Catal. – 1988. – V. 109, N 2. – P. 252–262.

Clark P.D., Dowling N.I., Huang M. Production of H2 from catalytic partial oxidation of H2S in a short-contact-time reactor // Catal. Comm. – 2004. – V. 5, N 12. – P. 743–747.

Davis P.R., Bechtold E., Block J.H. Sulfur surface layers on tungsten investigated by field ion mass spectroscopy // Surf. Sci. – 1974. – V. 45, N 2. – P. 585–600.

Lee E.-K., Jung K.-D., Joo O.-S. Shul Y.-G. Redox behavior of V/MgO catalyst in H2S wet oxidation at room temperature // React. Kinet. Catal. Lett. – 2004. – V. 83, N 1. – P. 25–30.

Anurov S.A. Physical-chemical aspects of sulfure dioxide adsorption by carbon sorbents // Uspekhi Khimii. – 1996. – V. 65, N 8. – P. 718–732 (in Russian).

Zazhigalov V.A., Haber J., Stoch J. et al. Influence of the mechanochemical treatment on the reactivity of V-containing oxide systems // Solid State Ionics. – 1997. – V. 101–103, N 2. – P. 1257–1262.

Su D.S., Roddatis V., Willinger M. et al. Tribochemical Modification of the Microstructure of V2O5 // Catal. Lett. – 2001. – V. 74, N 3–4. – P. 169–175.




Copyright (©) 2011 D. V. Brazhnyk, I. V. Bacherikova, V. A. Zazhigalov, A. Kowal

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.