Ключові слова
Як цитувати
Анотація
Гетерогенно-каталітичне перетворення вуглеводів з метою отримання речовин-платформ на кислотних каталізаторах є важливим сучасним напрямком дослідження. Однак, на сьогодні проблема дезактивації твердих каталізаторів у даних процесах є маловивченою. Метою роботи було термогравіметричне дослідження дезактивованих у дегідратації глюкози нікельвмісних (5 % мас.) водневих форм цеолітів типу Y, ZSM-5 та M. Методом термогравіметрії досліджено особливості перебігу двох процесів – ендотермічного процесу дегідратації та екзотермічного процесу горіння відкладень. Останній на кривих ДТА представлено двома (трьома) екзотермічними максимумами в області температур 325-450 оС. Серед досліджених зразків лише для цеоліту Y спостерігається фазовий перехід без зміни маси в межах 900-1000 оС. Втрата маси зразками за рахунок дегідратації та горіння коксу складає 30, 20 та 15 % для NiHY, NiHM та NiHZSM-5, відповідно, з яких на вуглисті відкладення приходиться 18, 10 та 10 % мас. Спостережено близьку швидкість дегідратації та вигоряння відкладень у випадку каталізаторів на основі широкопористих цеолітів, а також нижчу швидкість вигоряння у випадку середньопористого цеоліту ZSM-5. Знайдена низька енергія активації горіння відкладень, що складає 25-50 кДж/моль, спричинена перебігом низькотемпературного окиснення каталізованого нікельвмісними цеолітами. Встановлено, що основна маса коксових відкладень вигоряє до 450 оС, що свідчить про формування лише прекурсорів коксу, якими, очевидно, виступають гумінові сполуки. Подальших процесів перетворення та ущільнення вони не зазнають.
Посилання
Bartholomew C.H. Mechanism of catalyst deactivation. Appl. Catal. A.: Gen. 2001. V. 212. P. 17-60 https://doi.org/10.1016/S0926-860X(00)00843-7
Guisnet M., Magnoux P. Organic chemistry of coke formation. Appl. Catal. A: Gen. 2001. V. 212. P. 83-96. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(00)00845-0
Argyle M.D., Bartholomew C.H. Heterogeneous Catalyst Deactivation and Regeneration: A Review. Catalysts. 2015. V. 5, 145-269. https://doi.org/10.3390/catal5010145
Patrylak К.І., Patrylak L.К., Pertko O.P., Konovalov S.V., Okhrimenko M.V., Voloshyna Yu.G. Current Catalysis,. 2016. V. 5. P. 108-115. https://doi.org/10.2174/2211544705666160322235846
Patrylak L.K., Pertko O.P. Peculiarities of activity renovation of zeolite catalysts coked in hexane cracking. Chem. Chem. Technol. 2018. V. 12, No. 4. P. 538-542.
https://doi.org/10.23939/chcht12.04.538
Esteban J., Yustos P., Ladero M. Catalytic Processes from Biomass-Derived Hexoses and Pentoses: A Recent Literature Overview. Catalysts. 2018. V. 8. P. 637-678.
https://doi.org/10.3390/catal8120637
Chernyshev V.M., Kravchenko O.A., Ananikov V.P. Conversion of plant biomass to furan derivatives and sustainable access to the new generation of polymers, functional materials and fuels. Russ. Chem. Rev. 2017. V. 86 (5). P. 357-387. https://doi.org/10.1070/RCR4700
Prudius S.V., Visloguzova V.N., Brei V.V. Konversija D-fruktozy v etyllactat na SnO2-vmisnyh katalizatorah. Khimia, fizyka ta tekhnologia poverkhni. 2019. Т. 10. № 1. С. 67-74. [in Ukranian] https://doi.org/10.15407/hftp10.01.067
Sharanda M.E., Levytska S.I., Prudius S.V., Mylin A.M., Brei V.V. Doslidzennja hidrogenolizy glukozy na Cu-oksydah. Khimia, fizyka ta tekhnologia poverkhni. 2018. V. 9, № 2. P. 134-144. [in Ukrainian] https://doi.org/10.15407/hftp09.02.134
Kukhar V.P. Bioresyrsy - potentsialna syrovyna dlia promyslovogo organichnogo synthezu. Kataliz i neftekhimia. 2007. N 15. P.1-15. [in Ukrainian].
Levytska S.I. Doslidzhennia isomeryzatsii gliukozy u fruktozu na MgO-ZrO2 katalizatori v protochnomu rezhymi. Kataliz i neftekhimia. 2017. №26. P. 46-52. [in Ukrainian].
Molodyi D.V., Melnychuk O.V., Povazhnyi V.A. Kyslotno-osnovni nanokatalizatory hydrolizu komponentiv biomasy u vodnomu seredovustchi. Kataliz i neftekhimia. 2018. N 27. P.54-63. [in Ukrainian].
Wrigstedt P., Keskiväli J., Leskelä M., Repo T. The Role of Salts and Brønsted Acids in Lewis Acid‐Catalyzed Aqueous‐Phase Glucose Dehydration to 5‐Hydroxymethylfurfural. ChemCatChem. 2015. V. 7. P. 501-597. https://doi.org/10.1002/cctc.201402941
Patrylak L., Pertko O., Povazhnyi V., Yakovenko A., Konovalov S. Glucose conversion over nickel-containing zeolites in aqueous medium. Book of Abstracts of Intern Conf. "Nanotechnology and nanomaterials (NANO-2020)". Lviv, 26-29 August, 2020, P. 387.
Astrelin I.M., Koncevoj A.L., Manchuk N.M., Kostenko A.B. Sintez ftorgidroksidkarbonat apatitov i raschet kineticheskih parametrov ih termoliza. Russ. J. Inorg. Chem. 1989,34 (10). P. 2587-2592 [in Russian].
Afzal M., Yasmeen G., Saleem M., Butt P.K., Khattak A.K., Afzal J. TG and DTA Study of the Thermal Dehydration of Metal-exchanged Zeolite-4A Samples. J. Therm. Anal. Calorim. 2000. V. 62. P. 721-727. https://doi.org/10.1023/A:1010143602283
Mansouri N., Rikhtegar N., Panahi H.A., Atabi F., Shahraki B.K. Porosity, characterization and structural properties of natural zeolite - clinoptilolite - as a sorbent. Env. Protec. Eng. 2013. V. 39. P. 149-152. https://doi.org/10.37190/epe130111
Vasylechko V., Hrustchuk H., Rubai H., Kalychak I., Lomnytska I. Zakarpatskyi klynoptylolit iak sorbent dlia vyluchennia slidovyh kilkostei kobaltu (II) metodom tverdofazovoi ekstraktsii. Visnyk Lvivskogo universytetu. Ser. Himichna. Vyp. 58, N 1, P. 198-208. [in Ukrainian].
Miliovych S.S. Klunoptylolit sokyrnytskogo rodovystcha: modyfikatsia, vlastyvosti, optymizatsia parametriv, praktychne vykorystannia: dys. kand. chim. nauk, za spetsialnistiu 02.00.01 - neorganichna khimia. Uzgirodskyi natsionalnyi universytet. Uzgorod, 2020. [in Ukrainian].
Gonçalves M.L.A., Vieira M.D., Mota D.A.P., Cerqueira W.V. Differential thermal analysis of a zeolite Y crystalline structure in a catalyst. J. Thermal. Anal. Calorimetry. 2010. V. 101 (3). P. 965-971 https://doi.org/10.1007/s10973-009-0631-1
Sereda B.P., Belokon K.V., Bolikon Iu.O., Kruglajk I.V. Model mekhanizmu katalitychnukh reaktsii glybokogo okysnennja oksydu vygletsiu. Mathematychne modeliuvannia. 2018. Т. 38, N1. P. 62-68. [in Ukrainian]
Pertko O.P. Modification of zeolite external surface as a factor influencing the deactivation of a basic catalyst and the selectivity in hydrocarbon conversions.- Qualifying scientific work as a manuscript. Thesis for a candidate's degree (PhD) in chemical science on speciality 02.00.13 "Petrochemistry and coal chemistry". -V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2020 [in Ukrainian].
Henriques C.A., Santos J.O.J., Polato C.M.S., Murta Valle M.L., Aguiar E.F.S., Monteiro J.L.F. A study on the deactivation of USY zeolites with different rare earth contents. Braz. J. Chem. Eng. 1998. 15(2). https://doi.org/10.1590/S0104-66321998000200003
Yamaguchi A., Jin D., Ikeda T., Sato K., Hiyoshi N., Hanaoka T., Mizukami F., Shirai M. Deactivation of ZSM-5 zeolite during catalytic steam cracking of n-hexane. Fuel Processing Technology. 2014. V. 126. P. 343-349. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2014.05.013
Sangregorio, A., Guigo, N., van der Waal, J.C., Sbirrazzuoli, N. All 'green' composites comprising flax fibres and humins' resins. Composites Science and Technology. 2019. V. 171. P. 70-77. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2018.12.008
Tosi P., van Klink G.P., Celzard A., Fierro V., Vincent L., de Jong E., Mija A. Auto‐Crosslinked Rigid Foams Derived from Biorefinery Byproducts. ChemSusChem. 2018. V. 11. P. 2797-2809. https://doi.org/10.1002/cssc.201800778