СИНТЕЗ И СВОЙСТВА КАТАЛИТИЧЕСКИХ ХЕМОСОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ЦИНКА С ДОБАВКАМИ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Татьяна Юрьевна Осадчая; Андрей Владимирович Афинеевский; Дмитрий Алексеевич Прозоров; Дмитрий Владимирович Смирнов; Егор Павлович Смирнов; Наталья Евгеньевна Гордина; Руслан Николаевич Румянцев; Кирилл Андреевич Никитин

doi:10.6060/rcj.2022664.8

Татьяна Юрьевна Осадчая ФГБОУ ВО ИГХТУ
Андрей Владимирович Афинеевский ФГБОУ ВО "ИГХТУ"
Дмитрий Алексеевич Прозоров
Дмитрий Владимирович Смирнов
Егор Павлович Смирнов
Наталья Евгеньевна Гордина
Руслан Николаевич Румянцев
Кирилл Андреевич Никитин

DOI: https://doi.org/10.6060/rcj.2022664.8

Ключевые слова: оксид меди, оксид цинка, оксид алюминия, оксид титана, оксид магния, оксид меди (II), оксид кобальта (II), сероемкость

Аннотация

В статье рассмотрен синтез сформованного адсорбента (СА) на основе оксида цинка с добавками оксидов переходных металлов (кобальт, медь, магний, титан). Показано влияние этих добавок на физические и эксплуатационные свойства. Установлена роль количества введенных добавок на величины удельной поверхности, пористости; показано влияние добавок оксидов переходных металлов на морфологию поверхности и прочностные свойства СА. Экспериментально получены величины хемосорбции сероуглерода на синтезированных оксидных системах. Изучено влияние хемосорбции сероуглерода на морфологию поверхности, а также на прочностные свойства СА. Исследована активность СА в процессе деструктивного восстановления сераорганических соединений, для чего в качестве модельного акцептора водорода был выбран тиофен. Показана селективность процесса гидрирования тиофена до 2,3-дигидротиофена в интервале температур от 350 до 410 °С. Установлена оптимальнаятемпература восстановления тиофена – 390 °С, и найдено, что она не зависит от количества введенных добавок. С помощью газовой хроматографии определен химический состав гидрогенизата, показана сложная зависимость состава гидрогенизата от природы введенного оксида. Показано, что введение незначительных количеств оксидов кобальта и меди (до 1,5 мас.%) обеспечивают значительную каталитическую способность в реакции восстановления тиофена, добавки оксидов титана и магния обеспечивают увеличение прочностных свойств при введении 0,5 мас.%. Использование для приготовления шихты водных растворов аммиака различной концентрации не оказывали заметного влияния на прочностные характеристики СА. Установлены значения повышения прочности СА после проведения процесса сероочистки. Показано, что процесс эксплуатации СА незначительно влияет на морфологию и кристалличность.

Литература

Anand K., Varghese S., Krishnamoorthy A. Role of surfactants on the stability of nano-zinc oxide dispersions. Part. Sci. Technol. 2017. V. 35. P. 67–70. DOI: 10.1080/02726351.2015.1131787.

Tang E., Cheng G., Ma X., Pang X., Zhao Q. Surface modifica-tion of zinc oxide nanoparticle by PMAA and its dispersion in aqueous system. Applied Surface Science. 2006. V. 252. N 14. P. 5227–5232. DOI: 10.1016/j.apsusc.2005.08.004.

Jitianu M., Goia D. V. Zinc oxide colloids with controlled size, shape, and structure. Journal of Colloid and Interface Science. 2007. V. 309. N 1. P. 78–85. DOI: 10.1016/j.jcis.2006.12.020.

Kołodziejczak-Radzimska A., Jesionowski T. Zinc oxide—from synthesis to application: a review. Materials. 2014. V. 7. N 4. P. 2833–2881. DOI: 10.3390/ma7042833.

Musić S., Dragčević Đ., Popović S. Influence of synthesis route on the formation of ZnO particles and their morphologies. Journal of Alloys and Compounds. 2007. V. 429. N 1-2. P. 242–249. DOI: 10.1016/j.jallcom.2006.03.084.

Segets D., Gradl J., Taylor R.K., Vassilev V., Peukert W. Analysis of optical absorbance spectra for the determination of ZnO nanoparticle size distribution, solubility, and surface energy. ACS nano. 2009. V. 3. N 7. P. 1703–1710. DOI: 10.1021/nn900223b.

Lou X., Shen H. S., Shen Y. S. Development of ZnO series ceramic semiconductor gas sensors. J. Sens. Trans. Technol. 1991. V. 3. N 1. P. 1–5.

Moezzi A., Cortie M., McDonagh A. Aqueous pathways for the formation of zinc oxide nanoparticles Dalton transactions. 2011. V. 40. N 18. P. 4871–4878. DOI: 10.1039/C0DT01748E.

Rumyantsev R.N., Mel’nikov A.A., Batanov A.A., Prozorov D.A., Il’in A.A., Afineevskii A.V. Glass and Ceramics. 2021. v. 77(9). p. 400-404. DOI: 10.1007/s10717-021-00315-x.

Pandey S. K., Kim K. H. A review of methods for the determina-tion of reduced sulfur compounds (RSCs) in air. Environmental science & technology. 2009. V. 43. N 9. P. 3020–3029. DOI: 10.1021/es803272f.

Wang X. L. et al. Adsorptive removal of sulfur compounds using IRMOF-3 at ambient temperature. Applied surface science. 2014. V. 289. P. 107–113. DOI: 10.1016/j.apsusc.2013.10.115.

Afanasiev S.V., Sadovnikov A.A., Gartman V.L., Obysov A.V., Dulnev A.V. Industrial catalysis in gas chemistry: ed. Doctor of technical sciences S.V. Afanasiev. Monograph. - Samara: ANO "Publishing House of the SNC". 2018. 160 p. (in Russian).

Potapenko O.V., Doronin V.P., Sorokina T.P., Talsi V.P., Likhol-obov V.A. Transformations of thiophene compounds under cata-lytic cracking conditions. Applied Catalysis B: Environmental. 2012. V. 117. P. 177–184. DOI: 10.1016/j.apcatb.2012.01.014.

Ruiz-Martínez J., J., Buurmans I.L., Knowles W.V., Van Der Beek D., Bergwerff J.A., Vogt, E.T., Weckhuysen B. M. Mi-crospectroscopic insight into the deactivation process of in-dividual cracking catalyst particles with basic sulfur compo-nents. Applied Catalysis A: General. 2012. V. 419. P. 84–94. DOI: 10.1016/j.apcata.2012.01.016.

Apostolov S.A., Babash S.E., Belkina E.I., Berents A.D. New handbook of chemist and technologist. Raw materials and products of the industry of organic and inorganic substances. Part I. NPO "Professional", St. Petersburg. 2002. 988 p.

Gates B.K., Ketzir J., Shuit G. Chemistry of catalytic processes: a textbook for universities. M.: Chemistry. 1981. 550 p.

Girard V., Chiche D., Baudot A., Bazer-Bachi D., Clémençon I., Moreau F., Geantet C. Innovative low temperature regen-erable zinc based mixed oxide sorbents for synthesis gas desulfurization. Fuel. – 2015. V. 140. P. 453–461. DOI: 10.1016/j.fuel.2014.09.090.

Moezzi A., McDonagh A. M., Cortie M. B. Zinc oxide particles: Synthesis, properties and applications. Chemical engineering journal. 2012. V. 185. P. 1–22. DOI: 10.1016/j.cej.2012.01.076.

Sayyadnejad M. A., Ghaffarian H. R., Saeidi M. Removal of hydrogen sulfide by zinc oxide nanoparticles in drilling fluid. International Journal of Environmental Science & Technol-ogy. 2008. V. 5. N 4. P. 565–569. DOI: 10.1007/BF03326054.

Song H. S., Park M.G., Kwon S.J., Yi K.B., Croiset E., Chen Z., Nam S.C. Hydrogen sulfide adsorption on nano-sized zinc oxide/reduced graphite oxide composite at ambient condi-tion. Applied Surface Science. 2013. V. 276. P. 646–652. DOI: 10.1016/j.apsusc.2013.03.147.

Usha S. P., Mishra S. K., Gupta B. D. Zinc oxide thin film/na-norods based lossy mode resonance hydrogen sulphide gas sensor. Materials research express. 2015. V. 2. N 9. P. 095003. DOI: 10.1088/2053-1591/2/9/095003.

Denisova K. O., Ilyin A.A., Veres K.A., Ilyin A.P. Properties of Zinc Oxide Adsorbent for Adsorbing Hydrogen Sulfide. Journal of Applied Chemistry. 2022. V. 95. N 1. P. 113–117. DOI: 10.1134/S1070427222010141.

Farberova Е.A., Maximov A.S., Shirkunov A.S., Ryabov V.G., Tingaeva E.A., Strelkov V.A. Research of possibility of pro-cessing petroleum coke with increased volatile substances into activated carbons. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 4. P. 9299. (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216404.6331.

Pivovarova N.A., Berberova N.T., Shinkar E.V., Akishina E.S. Promising technology for removal and disposal of hy-drogen sulfide from fuel oil. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 8. P. 3953. (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206308.6143.