Conversion of dimethyl ether to light olefins on Rh-Mg/HZSM-5: role of Rh as a modifier

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The influence of the second modifying metal (Rh) on the acid and catalytic properties of Mg/HZSM-5 in conversion of dimethyl ether to light olefins and the state of active components (Mg, Rh) on the zeolite surface are studied. It is shown that when it is introduced into Mg/HZSM-5, rhodium significantly increases stability of the catalyst operation while maintaining the selectivity for light olefins at the level of 75 wt. %. It is found that various oxocationic or oxide forms of magnesium are formed on the zeolite surface in the monometallic sample of Mg/HZSM-5, and introduction of rhodium contributes to stabilization of magnesium mainly in the form of Mg2+ cations while the strength of Lewis acid properties of magnesium cations decreases, which all together makes catalyst deactivation slow down.

Full Text

Restricted Access

About the authors

T. I. Batova

A. V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: batova.ti@ips.ac.ru
Russian Federation, Moscow

T. K. Obukhova

A. V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: batova.ti@ips.ac.ru
Russian Federation, Moscow

N. V. Kolesnichenko

A. V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: batova.ti@ips.ac.ru
Russian Federation, Moscow

M. I. Shilina

M. V. Lomonosov Moscow State University

Email: batova.ti@ips.ac.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Хаджиев С.Н., Колесниченко Н.В., Горяинова Т.И. и др. Катализатор и способ синтеза олефинов из диметилового эфира в его присутствии // Патент РФ № 2445158 С2.2012. Бюл. № 8.
  2. Kolesnichenko N.V., Ezhova N.N., Snatenkova Yu.M. // Russ. Chem. Rev. 2020. V. 89. № 2. P. 191. https://doi.org/10.1070/RCR4900 [Колесниченко Н.В., Ежова Н.Н., Снатенкова Ю.М. // Успехи химии. 2020. Т. 89. № 2. С. 191. https://doi.org/10.1070/RCR4900]
  3. Колесникова Е.Е., Обухова Т.К., Колесниченко Н.В. и др. // Нефтехимия. 2018. Т. 58. № 5. С. 573. https://doi.org/10.1134/S0028242118050209 [Kolesnikova E.E., Obukhova T.K., Kolesnichenko N.V. et. al. // Petrol. Chemistry. 2018. V. 58. № 10. P. 863. https:// doi.org/10.1134/S0965544118100201]
  4. Батова Т.И., Обухова Т.К., Колесниченко Н.В. и др. // Нефтехимия. 2019. Т. 59. № 5. С. 569. https://doi.org/10.1134/S0028242119050034 [Batova T.I., Obukhova T.K., Kolesnichenko N.V. et. al. // Ibid. 2019. V. 59. № 9. P. 1017. https://doi.org/10.1134/S0965544119090032]
  5. Schultz H. // Catal. Today. 2010. V. 154. I. 3–4. Р. 183. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2010.05.012
  6. Lunsford J.H. // Catal. Today. 2000. V. 63. № 2–4. Р. 165. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(00)00456-9
  7. Xu Y., Bao X., Lin L. // J. Catal. 2003. V. 216. № 1–2. Р. 386. https://doi.org/10.1016/S0021–9517(02)00124–0
  8. Ezhova N.N., Kolesnichenko N.V., Batova T.I. // Petrol. Chemistry. 2020. V. 60. № 4. P. 459. https://doi.org/10.1134/S0965544120040064
  9. Kolesnichenko N.V., Khivrich Е.N., Obukhova T.K. et. al. // Microporous Mesoporous Mater. 2020. V. 298. 110087. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2020.110087
  10. Bakare I.A., Muraza O., Sanhoob M.A. et. al. // Fuel. 2018. V. 211. P. 18. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.08.117
  11. Khanmohammadi M., Amani Sh., Garmarudi A. Bagheri et. al. // Chin. J. Catal. 2016. V. 37. № 3. P. 325. https://doi.org 10.1016/S1872-2067(15)61031-2
  12. Zhang J., Zhu X., Zhang S. et. al. // Catal. Sci. Technol. 2019. V. 9. P. 316. https://doi.org/10.1039/C8CY02189A
  13. Zhang J., Qian W., Kong C. et. al. // ACS Catal. 2015. V. 5. P. 2982. https://doi.org/10.1021/acscatal.5b00192
  14. Zhang J., Zhu X., Wang G. et. al. // Chem. Eng. J. 2017. V. 327. P. 278. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.06.114
  15. Колесниченко Н.В., Колесникова Е.Е., Обухова Т.К. и др. // Нефтехимия. 2018. Т. 58. № 6. С. 665. https://doi.org/10.1134/S0028242118060059 [Kolesnichenko N.V., Kolesnikova E.E., Obukhova T.K. et. al. // Petrol. Chemistry. 2018. V. 58. № 12. P. 1013. https://doi.org/10.1134/S0965544118120058]
  16. Hou Y., Nagamatsu Sh., Asakura K. et. al. // Commun. Chem. 2018. V. 1. P. 41. https://doi.org/10.1038/s42004-018-0044-9
  17. Reule Allen A.C., Semagina N. // ACS Catal. 2016. V 6. № 8. P. 4972. https://doi.org/10.1021/acscatal.6b01464
  18. Martin O., Mondelli C., Curulla-Ferre D. et. al. // ACS Catal. 2015. V. 5. № 9. P. 5607. https://doi.org/10.1039/D0SE01172J
  19. Колесниченко Н.В., Ежова Н.Н., Яшина О.В. // Нефтехимия. 2016. Т. 56. № 6. С. 607. https://doi.org/10.7868/S0028242116060113 [Kolesnichenko N.V., Ezhova N.N., Yashina O.V. // Petrol. Chemistry. 2016. V. 56. № 9. P. 827. https://doi.org/10.1134/S0965544116090115]
  20. Bondarenko G.N., Rodionov A.S., Kolesnichenko N.V., et al. // Catal. Letters. 2021. V. 151. P. 1309. https://doi.org/10.1007/s10562-020-03399-2
  21. Chernyshov A., Veligzhanin A., Zubavichus Y. // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A. 2009. V. 603. P. 95. https://doi.org/10.1016/j.nima.2008.12.167
  22. Trofimova N., Veligzhanin A., Murzin V., et al. // Ross. Nanotechnol. 2013. V. 8. P. 396. https://doi.org/10.1134/S1995078013030191
  23. Ravel B., Newville M. // J. Synchrotron. Rad. 2005. V. 12. P. 537 https://doi.org/10.1107/S0909049505012719
  24. Newille M. // Synchrotron. 2001. V. 8. 322. https://doi.org/10.1107/S0909049500016964
  25. Batova T.I., Stashenko A.N., Obukhova T.K., et al. // Micropor. Mesopor. Mater. 2023. T.366.112953. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2023.112953
  26. Kolesnichenko N.V., Batova T.I., Stashenko A.N., et al. // Microporous Mesoporous Mater. 2022. Т. 344. 112239. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2022.112239
  27. Шилина М.И., Обухова Т.К., Батова Т.И. и др. // Журн. физ. химии. 2023. Т. 97. № 7. С. 944. https://doi.org/10.31857/S0044453723070269 [Shilina M.I., Obukhova T.K., Batova T.I., et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2023. V. 97. № 7. P. 1387. https://doi.org/10.1134/S0036024423070269]
  28. Bulanek R., Voleska I., Ivanova E., et al. // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. № 25. P. 11066. https://doi.org/10.1021/jp901575p
  29. Sun K., Su W., Fan F., et al. // J. Phys. Chem. A. 2008. V. 112. P. 1352. https://doi.org/10.1021/jp709635f
  30. Voleská I., Nachtigall P., Ivanova E., et al. // Catal. Today. 2015. V. 243. P. 53. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2014.07.029
  31. Arean C.O., Nachtigallova D., Nachtigall P., et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2007. V. 9. P. 1421. https://doi.org/10.1039/b615535a
  32. Davydov A. Molecular Spectroscopy of Oxide Catalyst Surfaces. Chichester. England: John Wiley & Sons Ltd. 2003. 668 p.
  33. Шилина М.И, Удалова О.В., Невская С.М. // Кинетика и катализ. 2013. Т. 54. № 6. С. 731. https://doi.org/10.7868/S0453881113060117 [Shilina M.I., Nevskaya S.M., Udalova O.V. // Kinetics and Catalysis. 2013. V. 54. № 6. P. 691–702. https://doi.org/10.1134/S0023158413060116]
  34. Osuga R., Saikhantsetseg B., Yasuda S., et al. // Chem. Commun. 2020. V. 56. P. 5913. https://doi.org/10.1039/D0CC02284E
  35. Ivanova E., Mihaylov M., Thibault-Starzyk F., et al. // J. Catal. 2005. V. 236. P. 168. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2005.09.017
  36. Hadjiivanov K., Ivanova E., Dimitrov L., et al. // J. Molec. Struct. 2003. V. 661–662. P. 459. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2003.09.007
  37. Spoto G., Gribov E.N., Ricchiardi G., et al. // Prog. Surf. Sci. 2004. V. 76. P. 71. https://doi.org/10.1016/j.progsurf.2004.05.014
  38. Larin A.V., Rybakov A.A., Zhidomirov G.M., et al. // J. Catal. 2011. V. 281. P. 212. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2011.05.002
  39. Shilina M.I., Rostovshchikova T.N., Nikolaev S.A., et al. // Materials Chemistry and Physics. 2019. V. 223. P. 287. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2018.11.005
  40. Yarulina I., De Wispelaere K., Bailleul S., et al. // Nature Chem. 2018. V. 10. P. 804. https://doi.org/10.1038/s41557-018-0081-0

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Effect of modifying Mg/HZ with rhodium on the stability of the catalyst (a) and the yield of target products in 4 h (b) in the conversion of DME to lower olefins; α is the conversion, C is the yield of lower olefins.

Download (167KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Temperature-programmed desorption curves of ammonia for Rh/HZ, Mg/HZ and Rh-Mg/HZ; v is the rate of ammonia desorption.

Download (99KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. XANES (a) and EXAFS (b) spectra at the K-edge of Rh catalysts Rh/HZ and Rh-Mg/HZ.

Download (138KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. IRDO spectra of adsorbed CO on Mg/HZ (a) and Rh-Mg/HZ (b) at equilibrium pressures of 5 (1), 10 Torr (2) and after evacuation to 0.05 Torr (3), k is the wave number.

Download (197KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Difference IRDO spectra of CO adsorbed on Mg/HZ and Rh-Mg/HZ at pressures of 5 (a) and 0.05 Torr (b). The spectra* were obtained by subtracting the spectra of the initial HZ zeolite from the spectra of these samples (Fig. 4, curves 1 and 3).

Download (257KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».