Ключові слова
Як цитувати
Анотація
Вперше встановлено вплив механохімічної активації мідь-цинк-алюмооксидного каталізатора на структуру й морфологію його поверхні, механізм та закономірності перебігу реакції гідрогенізації оксидів вуглецю у широкому діапазоні температур за атмосферного тиску. Каталітичні дослідження здійснювались на лабораторній установці з безградієнтним віброреактором. Показано, що механохімічна активація каталізатора на стадії, що передує каталізу, знижує температуру ініціювання реакції та максимальної активності каталізатора на 20-30 °С та підвищує його продуктивність на 50 % у порівнянні з гранульованим каталізатором. З’ясовано, що механохімічній активації in situ піддається лише «ефективна добавка» каталізатора. Знайдено екстремальну залежність продуктивності каталізатора від частоти вібрації реактора з максимумом при 5 Гц. За цієї частоти значення продуктивності каталізатора в розрахунку на масу «ефективної добавки» за умов активації in situ при температурі 220 °С, тиску 0.1 МПа та частоті вібрації реактора 5 Гц становить 47 ммоль СН3ОН/(гкат·год), що в 2.5 рази перевищує результати, одержані в промислових випробуваннях каталізатора СНМ-У (січень-травень 2001 року, фірма «Алвіго», м. Сєвєродонецьк, Україна) за температур 210-240 °С під тиском 9.0 МПа. Загальна продуктивність каталітичної системи за частоти 5 Гц становить 4.5 мг СН3ОН/(гкат·год), що в 2-3 рази перевищує відповідні дані для гранульованого каталізатора в статичному режимі. Зростання активності каталізатора під дією механічного навантаження пояснюється підвищенням концентрації дефектів кристалічної ґратки. Новий ефективний спосіб одержання метанолу за умов механохімічної активації може бути задіяний у промисловості як альтернатива реалізації процесу за високого тиску.
Посилання
U.S. Department of Energy. “Basic Research Needs for Catalysis Science to Transform Energy Technologies: Report from the U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences Workshop. May 8-10, 2017, Gaithersburg, Maryland”. 2017.
Kubias B.B., Kubias M.J., Fait R. Schlögl. Mechanochemical methods. Handbook of Heterogeneous Catalysis. 2nd Edition. – Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2008. pp. 571-583.
Glikin M.A., Glikina I.M., Kauffeldt E. Investigations and Applications of Aerosol Nano-Catalysis in a Vibrofluidized (Vibrating) Bed. Adsorption Science & Technology, 2005, 23(2), pp. 135-143.
Kajdas C.K. Importance of the triboemission process for tribochemical reaction. Tribology International, 2005, 38(3), 337-353.
Carl J. Schack, Melanie A. McNeil, Robert G. Rinker. Methanol synthesis from hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide over a CuO/ZnO/Al2O3 catalyst. Appl. Catal., 1989, 1, 247-263.
Dieterich V., Buttler A., Hanel A., Spliethoff H., Fendt S. Power-to-liquid via synthesis of methanol, DME or Fischer–Tropsch-fuels: a review. Energy Environ. Sci., 2020, 13(10), 3207-3252.
Bruce C. Gates, James R. Katzer, George C.A. Schuit. Chemistry of Catalytic Processes. – McGraw-Hill, 1979, Science. – 464 p.
Frost J.C. Junction effect interactions in methanol synthesis catalysts. Nature, 1988, 334(6183), 577-580.
Jalowiecki-Duhamel L., Monnier A., Barbaux Y. Species and Anionic Vacancies on Heteropolycompounds Catalytic Hydrogen Reservoirs. J. Catal., 1998, 176(2), 285-293.
Eren B., Liu Z., Stacchiola D., Somorjai G.A., Salmeron M. Structural changes of Cu (110) and Cu (110)-(2× 1)-O surfaces under carbon monoxide in the Torr pressure range studied with scanning tunneling microscopy and infrared reflection absorption spectroscopy. J. Phys. Chem. C., 2016, 120(15), 8227-8231.
De Castro C.L., Mitchell B.S. Nanoparticles from mechanical attrition. In: Synthesis, functionalization, and surface treatment of nanoparticles. 5. – Amer. Scientific Pub., 2002.
Rodin L.M., Ovsienko O.L., Kakichev A.P., Lender A.A., Cherelnova A.V., Lukashevich O.N., Yursha I.A. Operating experience of the SNM-U methanol synthesis catalyst. Chemical Industry, 2001, 10, 3.
Behrens M., Studt F., Kasatkin I., Kühl S. The Active Site of Methanol Synthesis over Cu/ZnO/Al2O3. Industrial Catal. Sci., 2012, 336, pp. 893-901.
Baláž P., Achimovičová M., Baláž M., Billik P., Cherkezova-Zheleva Z., Criado J.M., Wieczorek-Ciurowa K. Hallmarks of mechanochemistry: from nanoparticles to technology. Chem. Soc. Rev., 2013, 42(18), 7571–7637.
Концевой С.А., Концевой А.Л., Линь С.І. Алгоритм розрахунку рівноваги синтезу метанолу під середнім тиском. (Докторська дисертація, Сумський державний університет). 2022.