Стабилизация структуры активной фазы VMoNbTe оксидных катализаторах селективных трансформаций лёгких алканов С2-С3

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-73-20073

НазваниеСтабилизация структуры активной фазы VMoNbTe оксидных катализаторах селективных трансформаций лёгких алканов С2-С3

Руководитель Кардаш Татьяна Юрьевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" , Новосибирская обл

Конкурс №24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-403 - Гомогенный катализ и гетерогенный катализ

Ключевые слова этан, окислительное дегидрирование, этилен, VMoNbTe оксидные катализаторы, фаза М1, стабильность катализатора, структурное модифицирование

Код ГРНТИ31.15.28

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Целью настоящего проекта является увеличение стабильности VMoNbTe оксидных катализаторов за счёт внедрения в структуру активной фазы допирующих катионов (Bi, Sb, Se, P, Ga, Mn, Ce, Ge). Эти катализаторы показывают непревзойдённые по сравнению с другими известными системами активность и селективность в процессах окислительного дегидрирования этана в этилен, селективного окисления пропана в акриловую кислоту и аммонолиза пропана в акрилонитрил. Эти процессы протекают в окислительной атмосфере при невысоких температурах (450оС и ниже) и напрямую используют в качестве сырья дешёвые и широкодоступные углеводороды (этан и пропан) для получения ценных для химической промышленности продуктов. Однако внедрение этих катализаторов и окислительных процессов на их основе в промышленность затруднено в связи с нестабильностью активной фазы – так называемой фазы М1. Эта фаза детально изучена вплоть до атомарного уровня. Она представляет собой слоистое соединение состава (TeO)0.23(Mo,V,Nb)5O14, где искажённые октаэдры MoO6 и VO6, соединяясь с пентагональными бипирамидами NbO7, формируют протяжённые сетки. При наложении сеток друг на друга формируются протяжённые каналы, где располагаются TeO3-субъединицы. Из литературных данных известно, что структурная нестабильной этой фазы связана с восстановлением теллура в процессе реакции. Теллур выходит из объёма на поверхность и улетучивается, в результате чего структура М1 разрушается и дезактивируется. На основании исследований процессов формирования фазы М1 в данных катализаторах нашей группой предложен и апробирован подход к увеличению стабильности структуры за счёт введения в структуру допирующих катионов. Первоочередной задачей является введение допирующего катиона в каналы структуры. Модификация структуры фазы М1 за счёт допирования обуславливает новизну предложенной работы. Мы предполагаем, что за счёт внедрения допирующих катионов в каналы подвижность теллура в каналах уменьшается, что должно способствовать стабилизации структуры М1 фазы, как было уже нами показано в предварительных исследованиях для Bi-модифицированных VMoNbTe оксидных катализаторов. В рамках проект планируется провести синтез широкого ряда допированных различными катионами VMoNbTeO катализаторов с вариацией концентрации 0,005-0,15а.е., способа введения добавки и температуры термообратотки. Все полученные образцы будут тестироваться в реакции окислительного дегидрирования этана в стандартных условиях и в условиях дезактивации по отработанной ранее методике. На каждом этапе синтеза, после работы в стандартных условиях и после дезактивации образцов будет проводиться их характеризация комплексом физико-химических методов. Будут проведены дифракционные исследования фазового состава, структуры, микроструктуры и степени кристалличности образцов, получены данные просвечивающей электронной микроскопии о морфологии, локальной структуре и химическом составе. Важным аспектом проекта будет исследования химического состава поверхности и зарядового состояния элементов методом рентгеновской фотоэлектронной микроскопии на всех этапах приготовления, после работы и дезактивации в условиях каталитической реакции. Поскольку планируемые для изучения структуры являются сложными и многокомпонентными системами, для более надёжной локализации допирующих элементов, которые вводятся в небольшой концентрации, будет использован метод EXAFS-спектроскопии для наиболее активных и стабильных систем, выбранным по результатам предварительного исследования.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кардаш Т.Ю., Лазарева Е.В., Свинцицкий Д.А., Ищенко А.В., Бондарева В.М., Недер Р.Б. The evolution of the M1 local structure during preparation of VMoNbTeO catalysts for ethane oxidative dehydrogenation to ethylene RSC Advances, RSC Advances., 2018, 8(3), PP. 35903–35916 (год публикации - 2018)
10.1039/C8RA06424E

2. Кардаш Т.Ю., Лазарева Е.В., Свинцицкий Д.А., Ковалёв Е.П., Бондарева В.М. ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК СЕЛЕНА НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА VMoTeNbO-КАТАЛИЗАТОРОВ В ОКИСЛИТЕЛЬНОМ ДЕГИДРИРОВАНИИ ЭТАНА Кинетика и катализ, 2019, том 60, № 3, с.377-387 (год публикации - 2019)
10.1134/S0023158419030078

3. Кардаш Т.Ю., Марчук А.С., Ищенко А.В., Симаненко А.А., Лазарева Е.В., Свинцицкий Д.А. IN SITU ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ ТРАНСФОРМАЦИЙ АКТИВНОЙ ФАЗЫ VMoNbTeO КАТАЛИЗАТОРОВ В ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ Журнал структурной химии (год публикации - 2019)

4. Свинцицкий Д.А., Кардаш Т.Ю., Лазарева Е.В., Сараев А.А., Деревянникова Е.А., Ворохта M., Шмид Б., Бондарева В.М. NAP-XPS and in situ XRD study of the stability of Bi-modified MoVNbTeO catalysts for oxidative dehydrogenation of ethane Applied Catalysis A: General (год публикации - 2019)
10.1016/j.apcata.2019.04.027

5. Лазарева Е.В., Бондарева В.М., Свинцицкий Д.А, Кардаш Т.Ю. Получение MoVTeNbBiO катализаторов селективного окислительного превращения лёгких алканов Катализ в промышленности (год публикации - 2019)

6. Кардаш Т.Ю., Лазарева Е.В., Свинцицкий Д.А., Бондарева В.М. VMoNbTeO catalysts for ethane oxidative dehydrogenation: The modification by P, Sb and Bi to influence on the catalytic stability AIP Conference Proceedings, Vol. 2143, p. 020029-5 (год публикации - 2019)
10.1063/1.5122928

7. Лазарева Е.В., Бондарева В.М., Свинцицкий Д.А., Ищенко А.В., Марчук А.С., Ковалёв Е.В., Кардаш Т.Ю. Oxidative dehydrogenation of ethane over M1 MoVNbTeO catalysts modified by the addition of Nd, Mn, Ga or Ge Catalysis Today (год публикации - 2020)
10.1016/j.cattod.2019.12.029

8. Федорова Е.А., Кардаш Т.Ю., Марчук А.С., Симаненко А.А., Ищенко А.В., Свинцицкий Д.А., Лазарева Е.В. In situ Study of Structural Transformation of the (TeO)x(Mo,V,Nb)5O14 Mixed Oxide Nanocatalyst with a Tunnel Structure Journal of Physics: Conference Series, Год: 2019, Том: 1410, Номер статьи : 012029, Страниц : 4 (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1410/1/012029

Публикации