Влияние содержания железа в палладиевых катализаторах на оксиде алюминия и условий их восстановления на гидродехлорирование диклофенака в водной среде

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом влажной пропитки Al2O3 нитратами железа и палладия приготовлены модифицированные оксидами железа катализаторы 1Pd0.5Fe и 1Pd10Fe с целевым содержанием 1 мас. % Pd, 0.5 или 10 мас. % железа. Катализаторы сравнивали между собой и с монометаллическим катализатором 1Pd в гидродехлорировании (ГДХ) диклофенака (ДКФ) в разбавленных водных растворах при 30°С в периодическом и проточном реакторах после высокотемпературного (320°С) и мягкого (30°С) восстановления; последнее проводили в периодическом или проточном реакторе. Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) показано, что после восстановления при 320°С катализаторы содержат в основном Pd0, Fe2+ и Fe3+. Соотношение Fe2+/Fe3+ на поверхности увеличивается при снижении содержания железа. Восстановление Pd2+ до Pd0 возможно уже при 30°С, но оно гораздо хуже протекает на поверхности 1Pd0.5Fe по сравнению с 1Pd10Fe. По данным РФЭС, температурно-программированного восстановления и инфракрасной спектроскопии диффузного отражения адсорбированного СО, модификация оксидами железа повышает содержание палладия на поверхности по сравнению с 1Pd, способствует возникновению новых центров Pd−O−Fe, влияет на способность палладия к восстановлению. Эти воздействия возрастают с увеличением содержания железа. Модифицированные железом катализаторы, восстановленные при 320°С, проявили сходную активность и стабильность в превращениях ДКФ в проточной и периодической системах. В отличие от 1Pd0.5Fe, катализатор 1Pd10Fe высокоэффективен и стабилен также после мягкого восстановления при 30°С. В проточных условиях при сравнимой конверсии ДКФ он обеспечивает повышенную селективность в реакции ГДХ диклофенака по сравнению с 1Pd, который активен также и в гидрировании.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. С. Локтева

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: LES@kge.msu.ru

Химический факультет

Россия, Ленинские Горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

М. Д. Песоцкий

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: LES@kge.msu.ru

Химический факультет

Россия, Ленинские Горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

Е. В. Голубина

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: LES@kge.msu.ru

Химический факультет

Россия, Ленинские Горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

К. И. Маслаков

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: LES@kge.msu.ru

Химический факультет

Россия, Ленинские Горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

А. Н. Харланов

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: LES@kge.msu.ru

Химический факультет

Россия, Ленинские Горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

В. В. Шишова

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: LES@kge.msu.ru

Химический факультет

Россия, Ленинские Горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

И. Ю. Каплин

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: LES@kge.msu.ru

Химический факультет

Россия, Ленинские Горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

С. В. Максимов

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: LES@kge.msu.ru

Химический факультет

Россия, Ленинские Горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

Список литературы

  1. Xu S., Zhou S., Xing L., Shi P., Shi W., Zhou Q., Pan Y., Song M.-Y., Li A. // Sci. Total Environ. 2019. V. 682. P. 756.
  2. Zhao J., Wang Q., Fu Y., Peng B., Zhou G. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2018. V. 25. P. 22998.
  3. Umbreen N., Sohni S., Ahmad I., Khattak N.U., Gul K. // J. Colloid Interface Sci. 2018. V. 527. P. 356.
  4. Gros M., Petrović M., Barceló D. // Environ. Tox. Chem. 2007. V. 26. P. 1553.
  5. Dobrin D., Bradu C., Magureanu M., Mandache N.B., Pârvulescu V.I. // Chem. Eng. J. 2013. V. 234. P. 389.
  6. Lokteva E., Golubina E., Likholobov V., Lunin V., Disposal of Chlorine-Containing Wastes / In: Chemistry Beyond Chlorine, Springer International Publishing. Eds. P. Tundo, L.-N. He, E. Lokteva and C. Mota, Cham, 2016. 559 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-30073-3_21
  7. Munoz M., Mora F.J., de Pedro Z.M., Alvarez-Torrellas S., Casas J.A., Rodriguez J.J. // J. Hazard. Mater. 2017. V. 331. P. 45.
  8. Nieto-Sandoval J., Munoz M., de Pedro Z.M., Casas J.A. // J. Hazard. Mater. Adv. 2022. V. 5. P. 100047.
  9. Lokteva E.S., Shishova V.V., Maslakov K.I., Golubina E.V., Kharlanov A.N., Rodin I.A., Vokuev M.F., Filimonov D.S., Tolkachev N.N. // Appl. Surf. Sci. 2023. V. 613. P. 156022.
  10. Wu K., Qian X., Chen L., Xu Z., Zheng S., Zhu D. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 18702.
  11. Nieto-Sandoval J., Munoz M., de Pedro Z.M., Casas J.A. // Chemosphere. 2018. V. 213. P. 141.
  12. Zhou T., Li Y., Lim T.-T. // Separ. Purif. Technol. 2010. V. 76. P. 206.
  13. Liu M., Huang R., Li C., Che M., Su R., Li S., Yu J., Qi W., He Z. // Chem. Eng. Sci. 2019. V. 201. P. 121.
  14. Witońska I.A., Walock M.J., Binczarski M., Lesiak M., Stanishevsky A.V., Karski S. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2014. V. 393. P. 248.
  15. Zhang L., Meng Z., Zang S. // J. Environ. Sci. 2015. V. 31. P. 194.
  16. Lokteva E.S., Shishova V.V., Tolkachev N.N., Maslakov K.I., Kamaev A.O., Maksimov S.V., Golubina E.V. // Mendeleev Commun. 2022. V. 32. P. 249.
  17. Silva J.M., Araújo J.F.D.F., Brocchi E., Solórzano I.G. // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 19052.
  18. Th P., Zimmermann R., Steiner P., Hüfner S. // J. Phys. Condens. Matter. 1997. V. 9. P. 3987.
  19. Amoyal M., Vidruk-Nehemya R., Landau M.V., Herskowitz M. // J. Catal. 2017. V. 348. P. 29.
  20. Armenta M.A., Maytorena V.M., Flores-Sánchez L.A., Quintana J.M., Valdez R., Olivas A. // Fuel. 2020. V. 280. P. 118545.
  21. Tian Z., Zhang W., Liu T., Liu J., Wang C., Lei L., Liao M., Wang C., Chen Y. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. P. 41468.
  22. Han X., Qing M., Wang H., Yu X., Suo H.-Y., Shen X.-F., Yang Y., Li Y.-W. // J. Fuel Chem. Technol. 2023. V. 51. P. 155.
  23. Lu Z.-Y., Muir D.M. // Hydrometallurgy. 1988. V. 21. P. 9.
  24. Tao F., Dag S., Wang L.-W., Liu Z., Butcher D.R., Bluhm H., Salmeron M., Somorjai G.A. // Science. 2010. V. 327. P. 850.
  25. Boudart M., Hwang H.S. // J. Catal. 1975. V. 39. P. 44.
  26. Babu N.S., Lingaiah N., Kumar J.V., Prasad P.S.S. // Appl. Catal. A: Gen. 2009. V. 367. P. 70.
  27. Lieltz G., Nimz M., Völter J., Läzär K., Guczi L. // Appl. Catal. 1988. V. 45. P. 71.
  28. Berry F.J., Changhai X., Jobson S. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1990. V. 86. P. 165.
  29. Arnoldy P., Moulijn J.A. // J. Catal. 1985. V. 93. P. 38.
  30. Arnoldy P., van Oers E.M., Bruinsma O.S.L., de Beer V.H.J., Moulijn J.A. // J. Catal. 1985. V. 93. P. 231.
  31. Sepúlveda J.H., Fígoli N.S. // Appl. Surf. Sci. 1993. V. 68. P. 257.
  32. Pino N., Sitthisa S., Tan Q., Souza T., López D., Resasco D.E. // J. Catal. 2017. V. 350. P. 30.
  33. Liu W., Ismail M., Dunstan M.T., Hu W., Zhang Z., Fennell P.S., Scott S.A., Dennis J.S. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 1759.
  34. Tataroğlu A., Al-Ghamdi A.A., El-Tantawy F., Farooq W.A., Yakuphanoğlu F. // Appl. Phys. A. 2016. V. 122. P. 220.
  35. Jastrzębska I., Szczerba J., Błachowski A., Stoch P. // Eur. J. Mineral. 2017. V. 29. P. 62.
  36. Yewale A.D., Kherdekar P.V., Bhatia D. // Chem. Eng. Sci. 2022. V. 249. P. 117281.
  37. Kamada T., Ueda T., Fukuura S., Yumura T., Hosokawa S., Tanaka T., Kan D., Shimakawa Y. // J. Am. Chem. Soc. 2023. V. 145. P. 1631.
  38. Schwertmann U. // Plant and Soil. 1991. V. 130. P. 1.
  39. Sidhu P.S., Gilkes R.J., Cornell R.M., Posner A.M., Quirk J.P. // Clays and Clay Minerals. 1981. V. 29. P. 269
  40. Kolev N.I. Solubility of O2, N2, H2 and CO2 in water / In: Multiphase Flow Dynamics 4: Turbulence, Gas Adsorption and Release, Diesel Fuel Properties. Ed. N.I. Kolev. Berlin, Heidelberg: Springer, 2012.209 р. https://doi.org/10.1007/978-3-642-20749-5_11

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Схема 1. Схема ГДХ диклофенака.

Скачать (198KB)
Метаданные
3. Рис. 1. ГДХ диклофенака в периодическом реакторе в присутствии 1Pd0.5Fe. Пунктиром обозначены данные для 1Pd0.5Fe(30), сплошной линией – для 1Pd0.5Fe(320).

Скачать (190KB)
Метаданные
4. Рис. 2. ГДХ ДКФ при 30°С в водной среде в реакторе периодического действия в присутствии палладий-железных катализаторов на оксиде алюминия, невосстановленных (no) и после предварительного восстановления, температура которого указана в скобках. С0(ДКФ) – 150 мг/л, скорость подачи H2 – 0.6 л/ч.

Скачать (167KB)
Метаданные
5. Рис. 3. ГДХ ДКФ при 30°С в водной среде в проточном реакторе в присутствии катализаторов на оксиде алюминия: a – восстановленных при 320°С, б – восстановленных при 30°С непосредственно в реакторе. Условия реакции: С0(ДКФ) = 75 мг/л, скорость подачи смеси – 42 мл/ч, Н2 – 0.6 л/ч, загрузка катализатора – 0.1 г.

Скачать (308KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Дифрактограммы невосстановленных образцов.

Скачать (655KB)
Метаданные
7. Рис. 5. Изображение СЭМ катализатора 1Pd0.5Fe (а) и карты распределения Pd (б) и Fe (в), полученные методом ЭДА.

Скачать (725KB)
Метаданные
8. Рис. 6. Микрофотографии ПЭМ катализатора 1Pd0.5Fe в светлом (а) и темном (б, в, е) поле, карты распределения палладия (г) и железа (д) по поверхности, результаты ЭДА (з) в области 007, показанной на снимке (ж).

Скачать (1MB)
Метаданные
9. Рис. 7. Спектры РФЭС высокого разрешения: Pd3d (а) и Fe2p (б) до и после восстановления катализаторов; Pd3d (в) и Cl2p (г) катализаторов 1Pd(30f) и 1Pd10Fe(30f) после каталитических испытаний в проточной системе.

Скачать (1003KB)
Метаданные
10. Рис. 8. ИК ДО спектры СО, адсорбированного на катализаторах при комнатной температуре и давлении СО 50 Торр, после термической обработки в вакууме при 550°С и последующей восстановительной обработки H2 при 320°С в течение 1 ч. F(R) – функция Кубелки–Мунка. Интенсивность спектра 1Pd10Fe(320) уменьшена в 3 раза.

Скачать (237KB)
Метаданные
11. Рис. 9. Профили ТПВ биметаллических (1Pd10Fe и 1Pd0.5Fe) и монометаллических (1Pd и 10Fe) катализаторов.

Скачать (296KB)
Метаданные
12. Рис. 10. Структура поверхности палладийсодержащих катализаторов после мягкого и высокотемпературного восстановления.

Скачать (404KB)
Метаданные