Features of Catalytic Pyrolysis of C2−C4 Hydrocarbons on Nickel-tin Catalyst Obtained by Mechanochemical Alloying

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Catalytic pyrolysis has been considered as one of the most effective methods for processing light C2+ hydrocarbons. In this study, a Ni−Sn catalyst was synthesized using mechanochemical alloying, and the influence of temperature (in the range of 600–750°C) on the decomposition of C2−C4 alkanes into a carbon nanomaterial was investigated. The Ni−Sn system demonstrated a high carbon yield exceeding 300 gC/gcat at T > 710°C. The calculated value of the apparent activation energy of reaction was 140 ± 5 kJ/mol. The effect of reaction temperature on the morphology, structure, and textural characteristics of produced carbon nanomaterial was explored. Regardless of the process temperature, the product consisted of nanofibers with thickness ranging from 5 to 100 nm. The obtained material exhibited a significant specific surface area (up to 450 m2/g) and high pore volume (up to 0.80 cm3/g).

About the authors

D. M Shivtsov

FBSIS FRC Boreskov Institute of Catalysis SB RAS

Email: danil@catalysis.ru
Novosibirsk, Russia

Y. I Bauman

FBSIS FRC Boreskov Institute of Catalysis SB RAS

Novosibirsk, Russia

I. V Mishakov

FBSIS FRC Boreskov Institute of Catalysis SB RAS

Novosibirsk, Russia

A. A Vedyagin

FBSIS FRC Boreskov Institute of Catalysis SB RAS

Novosibirsk, Russia

References

  1. Хетагурова Э.О., Борзыкина Е.А. // Вестник науки. 2021. T. 5. № 5. C. 135.
  2. The World Bank and Global Gas Flaring Reduction Partnership. 2024. Global Gas Flaring Tracker Report. https://thedocs.worldbank.org/en/doc/d01b4aebd8a10513c0e341de5e1f652e-0400072024/original/GlobalGas-Flaring-Tracker-Report-June-20-2024.pdf (Доступ 4 июня 2025 г.)
  3. Gomes A.C.S., Shcherba V.A., Vorobyev K.A. Chekushina T.V. // Proceedings of the 5th International Conference on Construction, Architecture and Technosphere Safety. Sochi, Russia, 2022. V. 168. P. 442.
  4. Арутюнов В.С. // Российский химический журнал. 2010. T. 54. № 5. C. 31.
  5. Арутюнов В.С., Кирюшин А.А., Шмелев В.М., Синев М.Ю. // Газохимия. 2010. T. 11. № 1. C. 16.
  6. Никитин А.В., Трошин К.Я., Беляев А.А., Арутюнов А.В., Кирюшин А.А., Арутюнов В.С. // НефтеГазоХимия. 2018. № 3. C. 23.
  7. Palmer C., Bunyan E., Gelinas J., Gordon M. J., Metiu H., McFarland E.W. // Energy Fuels. 2020. V. 34. № 12. P. 16073.
  8. Mc Connachie M., Konarova M., Smart S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 66. P. 25660.
  9. Kundu R., Ramasubramanian V., Neeli S.T., Ramsurn H. // Energy Fuels. 2021. V. 35. № 16. P. 13523.
  10. Petukhova E.S., Afonnikova S.D., Fedorov A.L., Argunova A.G., Sleptsov V.V., Potylitsyna A.R., Bauman Y.I., Mishakov I.V., Shubin Y.V., Vedyagin A.A. // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2024. V. 699. Art. 134682.
  11. Zaitseva N.A., Goidin V.V., Molchanov V.V., Chesnokov V.V., Buyanov R.A., Utkin V.A. // Kinet. Catal. 2011. V. 52. № 5. P. 770.
  12. Shen W., Cui J., Chen C., Zhang L., Sun D. // J. Colloid Interface Sci. 2024. V. 659. P. 364.
  13. Ozerova A.M., Potylitsyna A.R., Bauman Y.I., Tayban E.S., Lipatnikova I.L., Nartova A.V., Vedyagin A.A., Mishakov I.V., Shubin Y.V., Netskina O.V. // Materials. 2022. V. 15. № 23. Art. 8414.
  14. Мишаков И.В., Афонникова С.Д., Бауман Ю.И., Шубин Ю.В., Тренихин М.В., Серкова А.Н., Ведягин А.А. // Кинетика и катализ. 2022. T. 63. № 1. C. 110.
  15. Чесноков В.В. // Кинетика и катализ. 2022. T. 63. № 1. C. 77.
  16. Karimi S., Bibak F., Meshkani F., Rastegarpanah A., Deng J., Liu Y., Dai H. // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. № 39. P. 20435.
  17. Cazana F., Afailal Z., Gonzalez-Martin M., Sanchez J.L., Latorre N., Romeo E., Arauzo J., Monzon A. // ChemEngineering. 2022. V. 6. № 4. Art. 47.
  18. Zhu Q., Wang G., Liu J., Su L., Li C. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. V. 9. № 36. P. 30711.
  19. Robbins J.P., Ezeonu L., Tang Z., Yang X., Koel B.E., Podkolzin S.G. // ChemCatChem. 2022. V. 14. № 6. P. 1.
  20. Koskin A.P., Stepanenko S.A., Alekseeva M.V., Bulavchenko O.A., Gerasimov E.Y., Lysikov A.I., Yeletsky P.M., Kaichev V.V., Yakovlev V.A. // Chem. Eng. J. 2023. V. 476. Art. 146629.
  21. Voss G. // Z. Anorg. Allg. Chem. 2004. V. 57. № 1. P. 34.
  22. Shubin Y.V., Maksimova T.A., Popov A.A., Varygin A.D., Fedorenko A.D., Gerasimov E.Y., Mishakov I.V., Vedyagin A.A. // Appl. Catal. A: Gen. 2024. V. 670. Art. 119546.
  23. Shivtsov D.M., Bauman Y.I., Mishakov I.V., Shubin Y.V., Vedyagin A.A. // Diam. Relat. Mater. 2025. V. 154. Art. 112172.
  24. Eckert J., Holzer J., Krill III C., Johnson W. // J. Mater. Res.1992. V. 7. № 8. P. 1980.
  25. Kim K., Sumiyama K., Suzuki K. // J. non-crystalline solids. 1994. V. 168. № 3. P. 232.
  26. Cepeda-Sanchez N.M., Diaz-Guillen J.A., Maczka M., Amador U., Fuentes A.F. // J. Mater. Sci. 2017. V. 52. № 20. P. 11933.
  27. Pithakratanayothin S., Tongsri R., Chaisuwan T., Wongkasemjit S. // Catal. Sci. Technol. 2017. V. 7. № 22. P. 5413.
  28. Wang J., Jin L., Li Y., Wang M., Hu H. // Int. J. Hydrogen Energy. 2018. V. 43. № 37. P. 17611.
  29. Zavarukhin S.G., Kuvshinov G.G. // Appl. Catal. A: Gen. 2004. V. 272. № 1–2. P. 219.
  30. Brunauer S., Emmett P.H., Teller E. // J. Am. Chem. Soc. 2002. V. 60. № 2. P. 309.
  31. Gor G.Y., Thommes M., Cychosz K.A., Neimark A.V. // Carbon. 2012. V. 50. № 4. P. 1583.
  32. Wojdyr M. // J. Appl. Crystallography. 2010. V. 43. № 5. P. 1126.
  33. Ferrari A.C., Robertson J. // Phys. Rev. B. 2000. V. 61. № 20. P. 14095.
  34. Nash P., Nash A. // Bull. Alloy Phase Diagrams. 1985. V. 6. № 4. P. 350.
  35. Tong S., Miao B., Zhang L., Chan S.H. // Energies. 2022. V. 15. № 7. Art. 2573.
  36. Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. № 9–10. P. 1051.
  37. Potylitsyna A.R., Bauman Y.I., Ayupov A.B., Plyusnin P.E., Shubin Y.V., Stoyanovskii V.O., Vedyagin A.A., Mel’gunov M.S., Korenev S.V., Mishakov I.V. // Diam. Relat. Mater. 2024. V. 148. Art. 114416.
  38. Brubaker Z.E., Langford J.J., Kapsimalis R.J., Niedziela J.L. // J. Mater. Sci. 2021. V. 56. № 27. P. 15087.
  39. Nemanich R.J., Solin S.A. // Phys. Rev. B. 1979. V. 20. № 2. P. 392.
  40. Tuinstra F., Koenig J.L. // J. Chem. Phys. 1970. V. 53. № 3. P. 1126.
  41. Moseenkov S.I., Kuznetsov V.L., Zolotarev N.A., Kolesov B.A., Prosvirin I.P., Ishchenko A.V., Zavorin A.V. // Materials. 2023. V. 16. № 3. Art. 1112.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).