Парціальне каталітичне окиснення пропану на алюмосилікатних каталізаторах

Abstract

У науковій літературі питання одержання високо селективних алюмосилікатних каталізаторів пов’язано із вивченням впливу на каталітичну активність алюмосилікатів природи активних центрів (кислотності їх поверхні). У деяких випадках спостерігалася лінійна залежність між величиною кислотності і каталітичною активністю. У свою чергу, кислотність алюмосилікатів суттєво залежить від способу їх приготування. При приготуванні алюмосилікатів спільним співосадженням із збільшенням вмісту Al2O3 від 0.1 до 1.0 %, концентрація кислотних центрів зростає пропорційно вмісту оксиду алюмінію. При подальшому збільшенні вмісту оксиду алюмінію концентрація кислотних центрів зростала повільніше, а при вмісті Al2O3 більшому як 75 % концентрація кислотних центрів зменшувалася. У даній роботі синтезовано та досліджено фізичні і хімічні властивості п’яти алюмосилікатних каталізаторів з різним вмістом оксиду алюмінію в них. З метою вияснення впливу активних центрів алюмосилікатів на каталітичний процес була вивчена реакція окиснення пропану киснем повітря. Продуктами перетворення пропану на всіх зразках алюмосилікатів були: формальдегід, оцтова кислота, СО, СО2, С3Н6, Н2, Н2О, а також у слідових кількостях зафіксований оцтовий альдегід. При високих температурах (вище 770 К) у невеликих кількостях зафіксовані CH4 і C2H4. Показана можливість одержання формальдегіду та оцтової кислоти з високим ступенем селективності. Активність каталізаторів досліджуваної реакції пов’язується з вмістом оксиду алюмінію в них і кислотністю поверхні. Зроблено припущення про можливість утворення формальдегіду та оцтової кислоти на різних активних центрах поверхні каталізаторів. На основі експериментальних досліджень та літературних даних запропонована схема окиснення пропану на алюмосилікатних каталізаторах.

In the scientific literature the problem of obtaining highly selective aluminosilicate catalysts is related to the study of the influence of the nature of active centers (acidity of their surface) on the catalytic activity. In some cases a linear dependency can be observed between the rate of acidity and catalytical activity. The acidity of alumosilicates, in its turn, is considerably dependent on the mode of their preparation. In case of preparing alumosilicates by joint precipitation with the increase of Al2O3 rate from 0.1 to 1.0% the concentration of acid centers increases in proportion with aluminum oxide contents. With further increase of aluminum oxide rate the concentration of acid centers increased more slowly whereas at Al2O3 rate of 75% the concentration of acid centers decreased. In this work physical and chemical properties of five alumosilicate catalysts with different content of aluminium oxide in them are synthesized and analyzed. The reaction of propane oxidation by air oxygen was investigated to define the influence of alumosilicates’ active centers on the catalytic process. In all specimens of alumosilicates the reaction products were as follows: formaldehyde, acetic acid, CO, CO2, C3H6, H2, H2O, as well as acetic aldehyde were found in small amount. At high (above 770 K) temperature CH4 and C2H4 were found. The possibility of obtaining of formaldehyde and acetic acid with high selectivity is demonstrated. The catalysts’ activity in the reaction under study accounts for aluminium oxide in their content the acidity of the surface. A suggestion is made about the possibility of the formation of formaldehyde and acetic acid on different active centers of the catalyst. On the basis of the research and relevant literature a scheme of propane oxidation on alumosilicate catalysts is proposed.