Chemistry, Physics and Technology of Surface, 2014, 5 (2), 174-189.

Propane Dehydrogenation on VxOy/H-Ti-MCM-41



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

Abstract


Dehydrogenation of propane to propylene in absence and in presence of oxygen in the reaction mixture of propane-inert gas has been investigated on vanadium oxide supported on mesoporous H-Ti-MCM-41 titanosilicatе prepared by hydrothermal synthesis from titanoaerosil. It has been shown that at increase of the amount of VxOy from 5 to 30 wt.%, supported by decomposition of vanadyl oxalate or acetylacetonate complexes, the orderliness of system H-Ti-MCM-41 is broken, the size of its surface, diameter and volume of mesopores are decreased. The maximum yield of propylene is reached at 650–675°C. It is obtained on 20% greater for dehydrogenation of propane in the absence of oxygen. It is dependent extremally on the formed volume of pores, on its relationship with the acidity of active surface sites and it is accounted for the certain optimum range of variation of these values.

Keywords


MCM-41; vanadium; titanium; dehydrogenation; propane; propylene

Full Text:

PDF (Русский)

References


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 V2O5 supported 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 V2O5·nH2O // 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 V2O5 на 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

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