Physicochemical and Catalytic Properties of the Mo–Zr/ZSM-5 Catalysts of Methane Dehydroaromatization

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The effect of the method for the introduction of zirconium in the 4Mo/ZSM-5 catalyst and of its amount on the physicochemical and catalytic properties of the catalyst during the nonoxidative conversion of methane into aromatic hydrocarbons (benzene and naphthalene) has been studied. The catalyst was modified with zirconium by impregnation and solid phase mixing. The resulting zeolite catalysts were studied by IR spectroscopy, X-ray diffraction analysis, low-temperature nitrogen adsorption, temperature-programmed ammonia desorption, scanning and transmission electron microscopy, and simultaneous thermal analysis. With an increase in the zirconium concentration introduced in the 4Mo/ZSM-5 catalyst, the strength and concentration of its strong acid sites that are responsible for methane aromatization decrease regardless of the method of modification. The particle size and morphology of the catalyst, the distribution of Mo and Zr in them, and the presence of coke deposits on their surface were determined by scanning and transmission electron microscopy. The catalytic tests and subsequent thermal analysis of the samples showed that the addition of zirconium to the 4Mo/ZSM-5 catalyst leads not only to an increase in its catalytic activity, but also to operational stability due to the lower rate of coke formation. It was established that 4Mo/ZSM-5 modified with 1 wt % Zr by solid-phase synthesis is the most effective catalyst in methane dehydroaromatization (DHA).

About the authors

Zh. B. Budaev

Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Tomsk State University

Email: pika@ipc.tsc.ru
634021, Tomsk, Russia; 634050, Tomsk, Russia

L. L. Korobitsyna

Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: pika@ipc.tsc.ru
634021, Tomsk, Russia

A. A. Stepanov

Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: pika@ipc.tsc.ru
634021, Tomsk, Russia

E. Y. Gerasimov

Federal Research Center Boreskov Institute of Catalysis

Email: madiva@catalysis.ru
Russia, 630090, Novosibirsk, Pr. Ak. Lavrentieva, 5

A. V. Vosmerikov

Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Tomsk State University

Author for correspondence.
Email: pika@ipc.tsc.ru
634021, Tomsk, Russia; 634050, Tomsk, Russia

References

  1. Ma S., Guo X., Zhao L. et al. // J. Energy Chem. 2013. V. 22. P. 1. https://doi.org/10.1016/S2095-4956(13)60001-7
  2. Wang B., Albarracin-Suazo S., Pagan-Torres Y. et al. // Catal. Today. 2017. V. 285. P. 147. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2017.01.023
  3. Ramasubramanian V., Ramsurn H., Price G.L. // J. Energy Chem. 2019. V. 34. P. 20. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.09.018
  4. Corredor E.C., Chitta P., Deo M.D. // Fuel Process. Technol. 2019. V. 183. P. 55. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2018.05.038
  5. Rahman M., Infantes-Molina A., Boubnov A. et al. // J. Catal. 2019. V. 375. P. 314. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.06.002
  6. Chen L., Lin L., Xu Z. et al. // J. Catal. 1995. V. 157. P. 190. https://doi.org/10.1006/jcat.1995.1279
  7. Kiani D., Sourav S., Tang Y. et al. // Chem. Soc. Rev. 2021. V. 50. P. 1251. https://doi.org/10.1039/D0CS01016B
  8. Menon U., Rahman M., Khatib S.J. // Appl. Catal. A, General. 2020. V. 608. P. 117870. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2020.117870
  9. Ogawa Y., Xu Y., Zhang Z. et al. // Resources Chem. Mater. 2022. V. 1. P. 80. https://doi.org/10.1016/j.recm.2022.01.004
  10. Kosinov N., Hensen E.J.M. // Adv. Mater. 2020. V. 32. P. 2002565. https://doi.org/10.1002/adma.202002565
  11. Chen L., Lin L., Xu Z. et al. // Catal. Lett. 1996. V. 39. P. 169. https://doi.org/10.1007/BF00805578
  12. Wang L., Xu Y., Wong S. et al. // Appl. Catal. A: 1997. V. 152. P. 173. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(96)00366-3
  13. Liu S., Dong Q., Ohnishi R. et al. // Chem. Commun. 1997. № 15. P. 1445. https://doi.org/10.1039/A702731A
  14. Wang Q., Lin W. // J. Nat. Gas Chem. 2004. V. 13. P. 91. https://doi.org/10.1109/TIP.2004.823822
  15. Sridhar A., Rahman M., Infantes-Molina A. et al. // Appl. Catal. A, General. 2020. V. 589. P. 117247. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2019.117247
  16. Восмерикова Л.Н., Волынкина А.Н., Восмериков А.В. и др. // НефтеГазоХимия. 2015. № 1. С. 37. [Vosmerikova L.N., Volynkina A.N., Vosmerikov A.V. et al. // Oil & Gas Chemistry. 2015. No. 1. P. 37 (In Russ)]
  17. Korobitsyna L.L., Zharnov K.N., Stepanov A.A. et al. // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2019. V. 12. P. 118. https://doi.org/10.17516/1998-2836-0111
  18. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства. Екатеринбург: УрО РАН, 1988. 200 c. [Gusev A.I. Nano-crystalline materials: methods of obtaining and properties. Yekaterinburg: IPM UrO RAN, 1998. 200 p. (In Russ.)]
  19. Shukla D., Pandya V. // J. Chem. Tech. Biotechnol. 1983. V. 44. P. 147.
  20. Vosmerikov A.V., Echevskii G.V., Korobitsyna L.L. et al. // Kinetics and Catalysis. 2005. V. 46. № 5. P. 724. https://doi.org/10.1007/s10975-005-0128-2
  21. Zaikovskii V.I., Vosmerikov A.V., Anufrienko V.F. et al. // Doklady Physical Chemistry. 2005. V. 404. P. 201. https://doi.org/10.1007/s10634-005-0060-1
  22. Denardin F.G., Perez-Lopez O.W. // Micropor. Mesopor. Mater. 2020. V. 295. P. 109961. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2019.109961
  23. Stepanov A.A., Korobitsyna L.L., Vosmerikov A.V. // Catalysis in Industry. 2022. V. 14. P. 11. https://doi.org/10.1134/S2070050422010093
  24. Song Y., Zhang Q., Xu Y. et al. // Appl. Catal. A: General. 2017. V. 530. P. 12. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2016.11.016

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (117KB)
3.

Download (256KB)
4.

Download (678KB)
5.

Download (1MB)
6.

Download (2MB)
7.

Download (773KB)

Copyright (c) 2023 Ж.Б. Будаев, Л.Л. Коробицына, А.А. Степанов, Е.Ю. Герасимов, А.В. Восмериков

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».