MNOX/ZRO2–CEO2 catalysts for CO and propane oxidation: the effect of manganese content

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The effect of the content of supported manganese on the structural properties and activity in the oxidation reactions of CO and propane for the MnОx/Zr0.4Ce0.6 catalysts prepared by the impregnation method has been studied. It was found that an increase in manganese content to 3.6% wt. (molar ratio Mn/(Zr + Ce) ≤ 0.1) leads to an increase in the catalytic activity of MnОx/Zr0.4Ce0.6 in oxidation reactions. In the case of a higher manganese concentration, the activity changes slightly. According to the XRD, TPR-H2, XPS and EPR, an increase in the amount of supported manganese for samples with Mn/(Zr + Ce) ≤ 0.1 is accompanied by a change in the lattice constant of the support, an increase in the amount of weakly bound oxygen, as well as the quantity of oxygen vacancies in the structure of cerium oxide. These changes are due to the incorporation of manganese into the structure of the support and the possible formation of highly dispersed particles of MnОx on its surface which ensures an increase in catalytic activity. Stabilization of catalytic activity with a further increase in the amount of supported manganese correlates with a slight change in the amount of weakly bound oxygen and oxygen vacancies of the support due to the appearance and subsequent increase in the content of the less active Mn2O3 phase.

About the authors

T. N. Afonasenko

Institute of Catalysis SB RAS

Email: atnik@ihcp.ru
Lavrentiev Ave., 5, Novosibirsk, 630090 Russia

D. V. Yurpalova

Institute of Catalysis SB RAS

Email: atnik@ihcp.ru
Lavrentiev Ave., 5, Novosibirsk, 630090 Russia

V. L. Yurpalov

Center of New Chemical Technologies, Boreskov Institute of Catalysis SB RAS

Email: atnik@ihcp.ru
Neftezavodskaya, 54, Omsk, 644040 Russia

V. P. Konovalova

Institute of Catalysis SB RAS

Email: atnik@ihcp.ru
Lavrentiev Ave., 5, Novosibirsk, 630090 Russia

V. A. Rogov

Institute of Catalysis SB RAS

Email: atnik@ihcp.ru
Lavrentiev Ave., 5, Novosibirsk, 630090 Russia

E. E. Aydakov

Institute of Catalysis SB RAS; Synchrotron Radiation Facility SKIF, Boreskov Institute of Catalysis SB RAS

Email: atnik@ihcp.ru
Lavrentiev Ave., 5, Novosibirsk, 630090 Russia; Nikolsky Prosp., 1, Kol’tsovo, 630559 Russia

A. N. Serkova

Institute of Catalysis SB RAS

Email: atnik@ihcp.ru
Lavrentiev Ave., 5, Novosibirsk, 630090 Russia

O. A. Bulavchenko

Institute of Catalysis SB RAS

Author for correspondence.
Email: obulavchenko@catalysis.ru
Lavrentiev Ave., 5, Novosibirsk, 630090 Russia

References

  1. Everaert K., Baeyens J. // J. Hazard. Mater. 2004. V. 109. P. 113. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2004.03.019
  2. Li W.B., Wang J.X., Gong H. // Catal. Today. 2010. V. 148. P. 81. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2009.03.007
  3. Yue B., Zhou R., Wang Y., Zheng X. // Appl. Surf. Sci. 2006. V. 252. P. 5820. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2005.07.043
  4. Snytnikov P.V., Sobyanin V.A., Belyaev V.D., Tsyrulnikov P.G., Shitova N.B., Shlyapin D.A. // Appl. Catal. A: Gen. 2003. V. 239. P. 149. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(02)00382-4
  5. Liu Z., Zhou R., Zheng X. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2007. V. 267. Р. 137. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2006.11.036
  6. Tang W., Wu X., Li D., Wang Z., Liu G., Liu H., Chen Y. // J. Mater. Chem. A. 2014. V. 2. P. 2544. https://doi.org/10.1039/c3ta13847j
  7. Pozan G.S. // J. Hazard. Mater. 2012. V. 221—222. P. 124. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.04.022
  8. Shen B., Wang Y., Wang F., Liu T. // Chem. Eng. J. 2014. V. 236. P. 171. https://doi.org/10.1016/ j.cej.2013.09.085
  9. Li S., Zheng Z., Zhao Z., Wang Y., Yao Y., Liu Y., Zhang J., Zhang Z. // Molecules. 2022. V. 27. Art. 4863. https://doi.org/10.3390/molecules27154863
  10. Frey K., Iablokov V., Sáfrán G., Osán J., Sajó I., Szukiewicz R., Chenakin S., Kruse N. // J. Catal. 2012. V. 287. P. 30. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2011.11.014
  11. Zhong L., Fang Q., Li X., Li Q., Zhang C., Chen G. // Appl. Catal. A: Gen. 2019. V. 579. P. 151. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2019.04.013
  12. Mobini S., Meshkani F., Rezaei M. // Chem. Eng. Sci. 2019. V. 197. P. 37. https://doi.org/10.1016/ j.ces.2018.12.006
  13. Zhao G., Li J., Zhu W., Ma X., Guo Y., Liu Z., Yang Y. // New J. Chem. 2016. V. 40. P. 10108. https://doi.org/10.1039/c6nj02272c
  14. Long G., Chen M., Li Y., Ding J., Sun R., Zhou Y., Huang X., Han G., Zhao W. // Chem. Eng. J. 2019. V. 360. P. 964. https://doi.org/10.1016/j.cej. 2018.07.091
  15. Liu X., Lu J., Qian K., Huang W., Luo M. // J. Rare Earths. 2009. V. 27. P. 418. https://doi.org/10.1016/S1002-0721(08)60263-X
  16. Lu H.F., Zhou Y., Han W.F., Huang H.F., Chen Y.F. // Appl. Catal. A: Gen. 2013. V. 464—465. P. 101. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2013.05.036
  17. Nelson A.E., Schulz K.H. // Appl. Surf. Sci. 2003. V. 210. P. 206. https://doi.org/10.1016/S0169-4332(03)00157-0
  18. Terribile D., Tovarelli A., de Leitenburg C., Primavera A., Dolcetti G. // Catal. Today. 1999. V. 47. P. 133.
  19. Afonasenko T.N., Glyzdova D.V., Yurpalov V.L., Konovalova V.P., Rogov V.A., Gerasimov E.Y. // Materials. 2022. V. 15. P. 7553. https://doi.org/10.3390/ma15217553
  20. Sun W., Li X., Mu J., Fan S., Yin Z., Wang X., Qin M., Tadé M., Liu S. // J. Colloid Interf. Sci. 2018. V. 531. P. 91. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.07.050
  21. Azalim S., Franco M., Brahmi R., Giraudon J.M., Lamonier J.F. // J. Hazard. Mater. 2011. V. 188. P. 422. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.01.135
  22. Rao T., Shen M., Jia L., Hao J., Wang J. // Catal. Commun. 2007. V. 8. P. 1743. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2007.01.036
  23. Hou Z., Feng J., Lin T., Zhang H., Zhou X., Chen Y. // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 434. P. 82. https://doi.org/ 10.1016/j.apsusc.2017.09.048
  24. Shen B., Zhang X., Ma H., Yao Y., Liu T. // J. Environ. Sci. 2013. V. 25. P. 791. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(12)60109-0
  25. Tang X., Li Y., Huang X., Xu Y., Zhu H., Wang J., Shen W. // Appl. Catal. B: Environ. 2006. V. 62. P. 265. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2005.08.004
  26. Scofield J.H. // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1976. V. 8. № 2. P. 129.
  27. Shirley D.A. // Phys. Rev. B. 1972. V. 5. P. 4709.
  28. Fairley N. CasaXPS. www.casaxps.com
  29. Цырульников П.Г., Сальников В.С., Дроздов В.А., Стукен С.А., Бубнов А.В., Григоров Е.И., Калинкин А.В., Зайковский В.И. // Кинетика и катализ. 1991. Т. 32. № 2. С. 439.
  30. Kaplin I.Y., Lokteva E.S., Golubina E.V., Shishova V.V., Maslakov K.I., Fionov A.V., Isaikina O.Y., Lunin V.V. // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 485. P. 432. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.04.206
  31. Venkataswamy P., Rao K.N., Jampaiah D., Reddy B.M. // Appl. Catal. B: Environ. 2015. V. 162. P. 122. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.06.038
  32. Huang X., Li L., Liu R., Li H., Lan L., Zhou W. // Catalysts. 2021. V. 11. № 9. Art. 1037. https://doi.org/10.3390/catal11091037
  33. Афонасенко Т.Н., Булавченко О.А., Гуляева Т.И., Цыбуля С.В., Цырульников П.Г. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. № 1. С. 127. (Afonasenko T.N., Bulavchenko O.A., Gulyaeva T.I., Tsybulya S.V., Tsyrul’ni- kov P.G. // Kinet. Catal. 2018. V. 59. P. 104. https://doi.org/10.1134/S0023158418010019)
  34. Yang M., Shen G., Wang Q., Deng K., Liu M., Chen Y., Gong Y., Wang Z. // Molecules. 2021. V. 26. Art. 6363. https:// doi.org/10.3390/molecules26216363
  35. Martínez-Arias A., Fernández-García M., Belver C., Conesa J.C., Soria J. // Catal. Lett. 2000. V. 65. P. 197. https://doi.org/10.1023/A:1019089910238
  36. Silva-Calpa L. del R., Zonetti P.C., Rodrigues C.P., Alves O.C., Appel L.G., de Avillez R.R. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2016. V. 425. P. 166. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2016.10.008
  37. Anpo M., Costentin G., Giamello E., Lauron-Pernot H., Sojka Z. // J. Catal. 2021. V. 393. P. 259. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.10.011
  38. Che M., Dyrek K., Louis C. // J. Phys. Chem. 1985. V. 89. P. 4526. https://doi.org/10.1021/j100267a022
  39. Borchert H., Frolova Y.V., Kaichev V.V., Prosvirin I.P., Alikina G.M., Lukashevich A.I., Zaikov-skii V.I., Moroz E.M., Trukhan S.N., Ivanov V.P., Paukshtis E.A., Bukhtiyarov V.I., Sadykov V.A. // J. Phys. Chem. B. 2005. V. 109. P. 5728. https://doi.org/10.1021/jp045828c
  40. Christou S.Y., Álvarez-Galván M.C., Fierro J.L.G., Efstathiou A.M. // Appl. Catal. B: Environ. 2011. V. 106. P. 103. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2011.05.013
  41. Han Y.F., Chen F., Zhong Z., Ramesh K., Chen L., Widjaja E. // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. P. 24450. https://doi.org/10.1021/jp064941v
  42. Castro V.D., Polzonetti G. // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1989. V. 48. P. 117.
  43. Feng X., Cox D.F. // Surf. Sci. 2016. V. 645. P. 23. https://doi.org/10.1016/j.susc.2015.10.041
  44. Gómez L.E., Miró E.E., Boix A.V. // Int. J. Hydrogen Energy. 2013. V. 38. P. 5645. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.03.004
  45. Bulavchenko O.A., Afonasenko T.N., Ivanchikova A.V., Murzin V.Y., Kremneva A.M., Saraev A.A., Kaichev V.V., Tsybulya S.V. // Inorg. Chem. 2021. V. 60. P. 16518. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.1c02379

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».