Метод золь-гель горения как способ получения железосодержащих катализаторов гидрирования углекислого газа

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Методом золь-гель горения получены железосодержащие катализаторы из смеси раствора нитрата железа и гексаметилентетрамина без и с добавлением сополимера акрилата натрия и акриламида. В синтезированных катализаторах присутствуют наночастицы размером 10–20 нм различного состава (железо, его оксиды, карбиды и нитрид). В катализаторе, полученном с добавлением сополимера, степень покрытия железосодержащих частиц углеродом выше, чем в катализаторе, полученном без добавления сополимера, что связано с расположением частиц в углеродной матрице катализатора и более плотной углеродной оболочкой вокруг железосодержащих частиц. Показано, что катализаторы проявляют активность в гидрировании CO2 при 30 атм при температуре 280–360°С.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Сергей Вадимович Клоков

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова; Национальный исследовательский технологический университет МИСИС

Author for correspondence.
Email: servadklokov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9913-8496

к.х.н.

Russian Federation, Москва; Москва

Сергей Игоревич Росляков

Национальный исследовательский технологический университет МИСИС

Email: servadklokov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2898-1117

к.т.н.

Russian Federation, Москва

Александр Леонидович Кустов

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова; Национальный исследовательский технологический университет МИСИС

Email: servadklokov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0869-8784

к.х.н.

Russian Federation, Москва; Москва

Дмитрий Олегович Московских

Национальный исследовательский технологический университет МИСИС

Email: servadklokov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5168-4885

к.т.н.

Russian Federation, Москва

Сергей Вячеславович Савилов

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Email: servadklokov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5827-3912

д.х.н.

Russian Federation, Москва

References

  1. Свидерский С. А., Дементьева О. С., Иванцов М. И., Грабчак А. А., Куликова М. В., Максимов А. Л. Реакция гидрирования CO2 на катализаторах на основе биоугля // Нефтехимия. 2023. Т. 63. № 2. С. 239–249. https://doi.org/10.31857/S0028242123020089 [Svidersky S. A., Dement ʹ eva O. S., Ivantsov M. I., Grabchak A. A., Kulikova M. V., Maximov A. L. Hydrogenation of CO2 over biochar-supported catalysts // Petrol. Chem. 2023. V. 63. N 4. P. 443–452. https://doi.org/10.1134/S0965544123030234].
  2. Макарян И. А., Седов И. В., Савченко В. И. Каталитическое гидрирование СО 2 как способ получения ценных химических продуктов // Катализ в пром-сти. 2023. Т. 23. № 4. С. 6–32. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2023-4-6-32 [Makaryan I. A., Sedov I. V., Savchenko V. I. Catalytic hydrogenation of carbon dioxide as a method to produce valuable chemicals // Catal. Ind. 2024. V. 16. P. 14–38. https://doi.org/10.1134/S2070050424010045 ].
  3. Chen W., Jian-li Z., Xin-hua G., Tian-sheng Z. Research progress on iron-based catalysts for CO 2 hydrogenation to long-chain linear α-olefins // J. Fuel Chem. Technol. 2023. V. 51. P. 67–84. https://doi.org/10.1016/S1872-5813(22)60058-6
  4. Hong S. Y., Chun D. H., Yang J.-Il, Jung H., Lee H.-T., Hong S., Jang S., Lim J. T., Kim C. S., Park J. C. A new synthesis of carbon encapsulated Fe 5 C 2 nanoparticles for high-temperature Fischer–Tropsch synthesis // Nanoscale. 2015. V. 7. P. 16616–16620. https://doi.org/10.1039/C5NR04546K
  5. Liu Y., Liu X., Yang Z., Li H., Ding X., Xu M., Li X., Tu W.-F., Zhu M., Han Y.-F. Unravelling the metal–support interactions in χ-Fe5C2/MgO catalysts for olefin synthesis directly from syngas // Catal. Sci. Technol. 2022. V. 12. P. 762–772. https://doi.org/10.1039/D1CY02022F
  6. Deganello F., Tyagi A. K. Solution combustion synthesis, energy and environment: Best parameters for better materials // Prog. Cryst. Growth Charact. Mater. 2018. V. 64 (2). P. 23–61. https://doi.org/10.1016/j.pcrysgrow.2018.03.001
  7. Roslyakov S., Yermekova Z., Trusov G., Khort A., Evdokimenko N., Bindiug D., Karpenkov D., Zhukovskyi M., Degtyarenko A., Mukasyan A. One-step solution combustion synthesis of nanostructured transition metal antiperovskite nitride and alloy // Nano-Struct. Nano-Objects. 2021. V. 28. ID 100796. https://doi.org/10.1016/j.nanoso.2021.100796
  8. Shi L., Tao K., Yang R., Meng F., Xing C., Tsubaki N. Study on the preparation of Cu/ZnO catalyst by sol-gel auto-combustion method and its application for low-temperature methanol synthesis // Appl. Catal., A. 2011. V. 401. N 1–2. P. 46–55. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2011.04.043
  9. Mahmoud H. R., El-Molla S. A., Ibrahim M. M. Biodiesel production via stearic acid esterification over mesoporous ZrO 2 /SiO 2 catalysts synthesized by surfactant-assisted sol-gel auto-combustion route // Renew. Energy. 2020. V. 41. N 6. P. 3870–3876. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.06.005
  10. Varma A., Mukasyan A. S., Rogachev A. S., Manukyan K. V. Solution combustion synthesis of nanoscale materials // Chem. Rev. 2016. V. 116. N 23. P. 14493–14586. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00279
  11. Mukasyan A. S., Roslyakov S., Pauls J. M., Gallington L. C., Orlova T., Liu X., Dobrowolska M., Furdyna J. K., Manukyan K. V. Nanoscale metastable ε-Fe3N ferromagnetic materials by self-sustained reactions // Inorg. Chem. 2019. V. 58. N 9. P. 5583–5592. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.8b03553
  12. Wei C., Tu W., Jia L., Liu Y., Lian H., Wang P., Zhang Z. The evolutions of carbon and iron species modified by Na and their tuning effect on the hydrogenation of CO 2 to olefins // Appl. Surf. Sci. 2020. V. 525. ID 146622. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146622
  13. Li T., Li M., Zhang M., Li X., Liu K., Zhang M., Liu X., Sun D., Xu L., Zhang Y., Tang Y. Immobilization of Fe 3 N nanoparticles within N-doped carbon nanosheet frameworks as a high-efficiency electrocatalyst for oxygen reduction reaction in Zn-air batteries // Carbon. 2019. V. 153. P. 364–371. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.07.044
  14. Zhao Y., Liu D., Tian Y., Zhai Y., Tian C., Li S., Xing T., Li Z., Dai P. Fe3N nanoparticle-encapsulated N-doped carbon nanotubes on biomass-derived carbon cloth as self-standing electrocatalyst for oxygen reduction reaction // Nanomaterials. 2023. V. 13. N 17. ID 2439. https://doi.org/10.3390/nano13172439
  15. Zhao N., Lei X., Ye Z., Yang X., Shi Z., Yang H. Structure and magnetic properties of (Fe1− xNdx)3N nanoparticles // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2018. V. 29. P. 13852–13857. https://doi.org/10.1007/s10854-018-9516-z
  16. 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. Bimetallic PdFe catalysts in hydrodechlorination of diclofenac: Influence of support nature, metal deposition sequence and reduction condition // Appl. Surf. Sci. 2023. V. 613. ID 156022. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.156022
  17. Yu Z. Q., Zhang J. R., Du Y. W. Magnetic properties and preparation of Fe3N compound // J. Magn. Magn. Mater. 1996. V. 159. P. L8–L10.
  18. Evdokimenko N., Yermekova Z., Roslyakov S., Tkachenko O., Kapustin G., Bindiug D., Kustov A., Mukasyan A. S. Sponge-like CoNi catalysts synthesized by combustion of reactive solutions: Stability and performance for CO2 hydrogenation // Materials. 2022. V. 15. N 15. P. 5129–5144. https://doi.org/10.3390/ma15155129

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Diffractograms of Fe-OCN and Fe-OCN/SAP catalysts; SAP - copolymer of sodium acrylate and acrylamide

Download (127KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Images of catalysts obtained by scanning electron microscopy Fe-OCN (a), Fe-OCN/SAP (b, c); transmission electron microscopy Fe-OCN/SAP (d-e); SAP - copolymer of sodium acrylate and acrylamide

Download (503KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Fe2p-electron spectra of catalysts: a - Fe-OCN, b - Fe-OCN/SAP; SAP - copolymer of sodium acrylate and acrylamide

Download (177KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Temperature dependence of Fe-OCN/SAP catalyst magnetisation; SAP - sodium acrylate and acrylamide copolymer

Download (108KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Temperature-programmed hydrogen reduction profile of Fe-OCN/SAP catalyst; SAP - sodium acrylate and acrylamide copolymer

Download (83KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. IR spectra of Fe-OCN and Fe-OCN/SAP catalysts; SAP, copolymer of sodium acrylate and acrylamide; CO2N Torr, CO2 pressure over the surface of catalysts, where N is the pressure value (if pressure is not specified, it is vacuum)

Download (296KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences