Хімія, фізика та технологія поверхні, 2024, 15 (1), 130-136.

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



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp15.01.130

Sevinj Osmanova, Gunel Azimova, Sima Zulfugarova, Etibar Ismailov, Dilgam Taghiyev, Joris Thybaut

Анотація


Зразки MnOx-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 MnOx- 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 MnOx-Na2WO4/SiO2 є частинками діоксиду кремнію в основі зі структурою кристаболіту, поверхня яких покрита розплавленим вольфраматом натрію, що містить нанорозмірні частинки структур MnOx, активованих іонами натрію та WOx.


Ключові слова


MnOx-Na2WO4/SiO2; структура поверхні; фазовий склад; SEM/EDS; XRD; EPR

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


1. Karakaya C., Kee R.J. Progress in the Direct catalytic conversion of methane to fuels and chemicals. Progr. Energy Combust. Sci. 2016. 55: 60. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2016.04.003

2. Kondratenko E.V., Peppel T., Seeburg D, Kondratenko V.A., Kalevaru N., Martin A., Wohlrab S. Methane conversion into different hydrocarbons or oxygenates: current status and future perspectives in catalyst development and reactor operation. Catal. Sci. Technol. 2017. 7(2): 366. https://doi.org/10.1039/C6CY01879C

3. Ismailov E.H., Taghiyev D.B., Zulfugarova S.M., Osmanova S.N., Azimova G.R., Thybaut J. Phase Composition and Catalytic Properties of MnNaW/SiO2 Oxide System in Oxidative Conversion of Methane. Theor. Exp. Chem. 2022. 58(1): 61. https://doi.org/10.1007/s11237-022-09723-8

4. https://cordis.europa.eu › project H2020, C123

5. Kiani D., Sourav S., Baltrusaitis J., Wachs I.E. Oxidative Coupling of Methane (OCM) by SiO2-Supported Tungsten Oxide Catalysts Promoted with Mn and Na. ACS Catal. 2019. 9(7): 5912. https://doi.org/10.1021/acscatal.9b01585

6. Werny M.J., Wang Y., Girgsdies F., R. Schlogl R., Trunschke A. Fluctuating Storage of the Active Phase in a Mn‐Na2WO4/SiO2 Catalyst for the Oxidative Coupling of Methane. Angew. Chem. Int. Ed. 2020. 59(35): 14921. https://doi.org/10.1002/anie.202004778

7. Sreekanth Chakradhar R.P, Sivaramaiah G., Lakshmana Rao J., Gopal N.O. EPR and optical investigations of manganese ions in alkali lead tetraborate glasses. Spectrochim. Acta, Part A. 2005. 62(4-5): 761. https://doi.org/10.1016/j.saa.2005.02.045

8. Goldberg D.P., Telser J., Krzystek J., Montalban A.G., Brunel L.C., Barrett A.G.M., Hoffman B.M. EPR spectra from "EPR-silent" species: high-field EPR spectroscopy of manganese(III) porphyrins. J. Am. Chem. Soc. 1997. 119(37): 8722. https://doi.org/10.1021/ja971169o




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp15.01.130

Copyright (©) 2024 Sevinj Osmanova, Gunel Azimova, Sima Zulfugarova, Etibar Ismailov, Dilgam Taghiyev, Joris Thybaut

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