Properties of palladium-phosphorus catalysts supported on HZSM-5 zeolite in the direct synthesis of hydrogen peroxide

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The properties of Pd/HZSM-5 and Pd–nP/HZSM-5 catalysts in direct synthesis and side processes of decomposition and hydrogenation of H2O2 under mild conditions in ethanol and aqueous-ethanol medium in the presence of an acid inhibitor were studied. Using HR-TEM, XRD and ICP MS methods, it was shown that as a result of modification with phosphorus, X-ray amorphous highly dispersed systems are formed, which represent structurally disordered solid solutions of phosphorus in palladium. The main reasons for the promoting effect of phosphorus on the yield of H2O2 are considered. It has been established that, along with phosphorus and acid modifiers, the use of a zeolite support in the H-form favors the inhibition of the side process of H2O2 decomposition.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. B. Belykh

Irkutsk State University

Author for correspondence.
Email: belykh@chem.isu.ru
Russian Federation, K. Marx, 1, Irkutsk, 664003

N. I. Skripov

Irkutsk State University

Email: belykh@chem.isu.ru
Russian Federation, K. Marx, 1, Irkutsk, 664003

E. A. Milenkaya

Irkutsk State University

Email: belykh@chem.isu.ru
Russian Federation, K. Marx, 1, Irkutsk, 664003

T. A. Kornaukhova

Irkutsk State University

Email: belykh@chem.isu.ru
Russian Federation, K. Marx, 1, Irkutsk, 664003

T. P. Sterenchuk

Irkutsk State University

Email: belykh@chem.isu.ru
Russian Federation, K. Marx, 1, Irkutsk, 664003

Yu. K. Stepanova

Irkutsk State University

Email: belykh@chem.isu.ru
Russian Federation, K. Marx, 1, Irkutsk, 664003

F. K. Schmidt

Irkutsk State University

Email: belykh@chem.isu.ru
Russian Federation, K. Marx, 1, Irkutsk, 664003

References

  1. Brehm J., Lewis R.J., Morgan D.J., Davies T.E., Hutchings G.J. // Catal. Lett. 2022. V. 152. P. 254.
  2. Menegazzo F., Signoretto M., Ghedini E., Strukul G. // Catalysts. 2019. V. 9. № 3. P. 251.
  3. Blanco-Brieva G., Desmedt F., Miquel P., Campos-Martin J.M., Fierro J.L.G. // Catalysts. 2022. V. 12. P. 796.
  4. Ranganathan S., Sieber V. // Catalysts. 2018. V. 8. № 9. P. 379.
  5. Мухортова Л.И., Ефимов Ю.Т., Глушков И.В., Константинова. Т.Г. Химия и технология пероксида водорода: учебное пособие. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2020. 104 с.
  6. Liang J., Wang F., Li W., Zhang J., Guo C.-L. // Mol. Catal. 2022. V. 524. 112264.
  7. Lewis R.J., Koy M., Macino M., Das M., Carter J.H., Morgan D.J., Davies T.E., Ernst J.B., Freakley S.J., Glorius F., Hutchings G.J. // J. Am. Chem. Soc. 2022. V. 144. P. 15431.
  8. Campos-Martin J.M., Blanco-Brieva G., Fierro G. // Angew. Chem. Int. Ed. 2006. V. 45. № 42. P. 6962.
  9. Lewis J., Hutchings G.J. // ChemCatChem. 2019. V. 11. P. 298.
  10. Gemo B.N., Salmi T., Biasi P. // React. Chem. Eng. 2016. V. 1. P. 300.
  11. Barnes A., Lewis R.J., Morgan D.J., Davies T.E., Hutchings G.J. // Catal. Sci. Technol. 2022. V. 12. P. 1986.
  12. Han G.-H., Lee S.-H., Hwang S.-Y., Lee K.-Y. // Adv. Energy Mater. 2021. 2003121.
  13. Liu Y., McCue A.J., Li D. // ACS Catal. 2021. V. 11. P. 9102.
  14. Ван Я., Нуждин А.Л., Шаманаев И.В., Бухтиярова Г.А. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 6. С. 743.
  15. Журенок А.В., Марковская Д.В., Потапенко К.О., Черепанова С.В., Сараев А.А., Герасимов Е.Ю., Козлова Е.А. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 3. С. 294.
  16. Belykh L.B., Skripov N.I., Sterenchuk T.P., Milenkaya E.A., Kornaukhova T.A., Schmidt F.K. // Appl. Catal. A: Gen. 2023. V. 664. 119330.
  17. Белых Л.Б., Скрипов Н.И., Стеренчук Т.П., Акимов В.В., Таусон В.Л., Лихацкий М.Н., Миленькая Е.А., Корнаухова Т.А., Шмидт Ф.К. // Кинетика и катализ. 2023. T. 64. № 6. C. 749. (Belykh L.B., Skripov N.I., Sterenchuk T.P., Akimov V.V., Tauson V.L., Likhatski M.N., Milenkaya E.A., Kornaukhova T.A., Schmidt F.K. // Kinet. Catal.2023. V. 64. No. 6. P. 804.)
  18. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. Москва: Мир, 1976. 572 с. (Gordon A.J., Ford R.A. The Chemist’s Companion. New-York: Wiley & Sons, 1972.)
  19. Armarego W.L.F., Christina L.L.C. Purification of laboratory chemicals. 6th Еdition. Elsevier, 2009. 760 р.
  20. Matthews J.C., Nashua N.H., Wood L.L. USA Patent 3,474,464, 1969.
  21. Sandri F., Danieli M., Zecca M., Centomo P. // ChemCatChem. 2021. V. 13. P. 2653.
  22. Белых Л.Б., Скрипов Н.И., Белоногова Л.Н., Уманец В.А., Шмидт Ф.К. // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. № 1. С. 47. (Belykh L.B., Skripov N.I., Belonogova, L.N., Umanets, V.A., Schmidt F.K. // Kinet. Catal. 2010. V. 51. No. 1. P. 42.)
  23. Скрипов Н.И., Белых Л.Б., Белоногова Л.Н., Уманец В.А., Рыжкович Е.Н., Шмидт Ф.К. // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. № 5. С. 739. (Skripov N.I., Belykh L.B., Belonogova, L.N., Umanets, V.A., Ryzhkovich E.N., Schmidt F.K. // Kinet. Catal. 2010. V. 51. No. 5. P. 714.)
  24. Белых Л.Б., Скрипов Н.И., Белоногова Л.Н., Рохин А.В., Шмидт Ф.К. // ЖОХ. 2009. Т. 79. № 1. С. 94. (Belykh L.B., Skripov N.I., Belonogova, L.N., Rokhin A.V., Schmidt F.K. // Russ. J. Gen. Chem. 2009. V. 79. No. 1. P. 92.)
  25. Николаев С.А., Занавескин Л.Н., Смирнов В.В., Аверьянов В.А., Занавескин К.Л. // Успехи химии. 2009. Т. 78. № 3. С. 248. (Nikolaev S.A., Zanaveskin L.N., Smirnov V.V., Averyanov V.A., Zanaveskin K.L. // Russ. Chem. Rev. 2009. V. 78. P. 231.)
  26. Белых Л.Б., Стеренчук Т.П., Скрипов Н.И., Акимов В.В., Таусон В.Л., Романченко А.С., Гвоздовская К.Л., Санжиева С.Б., Шмидт Ф.К. // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 6. С. 788. (Belykh L.B., Sterenchuk T.P., Skripov N.I., Akimov V.V., Tauson V.L., Romanchenko A.S., Gvozdovskaya K.L., Sanzhieva S.B., Shmidt F.K. // Kinet. Catal. 2019. V. 60. No. 6. P. 808.)
  27. Белых Л.Б., Скрипов Н.И., Стеренчук Т.П., Акимов В.В., Таусон В.Л., Шмидт Ф.К. // ЖОХ. 2016. Т. 86. № 9. С. 1454. (Belykh L.B., Skripov N.I., Sterenchuk T.P., Akimov V.V., Tauson V.L., Schmidt F.K. // Russ. J. Gen. Chem. 2016. V. 86. No. 9. P. 2022.)
  28. Shi Y., Elnabawy A.O., Gilroy K.D., Hood Z.D., Chen R., Wang C., Mavrikakis M., Xia Y. // ChemCatChem. 2022. V. 14. № 16. e202200475.
  29. Cao K., Yang H., Bai S., Xu Y., Yang C., Wu Y., Xie M., Cheng T., Shao Q., Huang X. // ACS Catal. 2021. V. 11. P. 1106.
  30. Jeong H.E., Kim S., Seo M.-G., Lee D.-W., Lee K.-Y. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2016. V. 420. P. 88.
  31. Wilson N.M., Flaherty D.W. // J. Am. Chem. Soc. 2016. V. 138. P. 574.
  32. Tian P., Ouyang L., Xu X., Ao C., Xu X., Si R., Shen X., Lin M., Xu J., Han Y.-F. // J. Catal. 2017. V. 349. P. 30.
  33. Chen L., Medlin J.W., Gronbeck H. // ACS Catal. 2021. V. 11. P. 2735.
  34. Belykh L.B., Skripov N.I., Sterenchuk T.P., Akimov V.V., Tauson V.L., Milenkaya E.A., Schmidt F.K. // Eur. J. Inorg. Chem. 2021. V. 44. P. 4586.
  35. Clausen B.S., Topsoe H., Frahm R. // Adv. Catal. 1998. V. 42. P. 315.
  36. Deschner B.J., Doronkin D.E., Sheppard T.L., Zimina A., Grunwaldt A., Dittmeyer R. // J. Phys. Chem. C. 2021. V. 125. P. 3451.
  37. Flanagan B.T.B., Biehl G.E., Clewley J.D., Kundqvist S., Anderson Y. // J.C.S. Faraday I. 1980. V. 76. P. 196.
  38. Белых Л.Б., Скрипов Н.И, Акимов В.В., Таусон В.Л., Степанова Т.П., Шмидт Ф.К. // ЖОХ. 2013. Т. 83. № 12. С. 1974. (Belykh L.B., Skripov N.I., Akimov V.V., Tauson V.L., Stepanova T.P., Schmidt F.K. // Russ. J. Gen. Chem. 2013. V. 83. No. 12. P. 2260.)
  39. Ott L.S., Finke R.G. // Coord. Chem. Rev. 2007. V. 251. P. 1075.
  40. Han G.-H., Lee S.-H., Hwang S.-Y., Lee K.-Y. // Adv. Energy Mater. 2021. 2003121.
  41. Hu B., Deng W., Li R., Zhang Q., Wang Y., Delplanque-Janssens F., Paul F., Desmedt F., Miquel P. // J. Catal. 2014. V. 319. P. 15.
  42. Zhang J., Shao Q., Zhang Y., Bai S., Feng Y., Huang X. // Small. 2018. V. 14. 1703990.
  43. Liang W., Fu J., Chen H., Zhang X., Deng G. // Mater. Lett. 2021. V. 283. 128857.
  44. Richards T., Lewis R.J., Morgan D.J., Hutchings G.J. // Catal. Lett. 2023. V. 153. P. 32.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Kinetic curves of H2O2 accumulation (a), change in H2O2 selectivity (b) and H2 conversion (c) under mild conditions in the presence of Pd–1.0P/НZSM-5(toluene) (1), Pd–0.3P/НZSM-5(DMF) (2), Pd–0.3P/НZSM-5(toluene) (3), Pd/НZSM-5(toluene) (4), Pd/НZSM-5(DMF) (5) catalysts. Process conditions: ν(Pd) = 5 × 10–6 mol, T = 10°C, P = 1 atm, solvent – ​​ethanol (50 ml). Selectivity in the presence of Pd/НZSM-5(DMF) catalyst was not calculated due to low hydrogen conversion.

Download (305KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Activities of Pd and Pd–P catalysts (a) and turnover frequencies of H2O2 accumulation (b) in direct synthesis under mild conditions in ethanol (green) and in the presence of HCl solution (red).

Download (405KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. PEM images of Pd/HZSM-5(toluene) catalysts (a), Pd–0.3P/HZSM-5(toluene) (b), Pd–1.0P/HZSM-5(toluene) (c), Pd– 0.3P/HZSM-5(DMFA) (d) and Pd–0.3P/HZSM-5(DMFA) (e).

Download (726KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. High-resolution PEM images of Pd–0.3P/HZSM5(toluene) (a), Pd–1.0P/HZSM-5(toluene) (b), Pd–0.3P/HZSM-5(DMFA) (c) catalysts .

Download (1MB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Kinetic curves of H2O2 accumulation (a), change in H2O2 selectivity (b) and H2 conversion (c) under mild conditions in the presence of Pd–1.0P/НZSM-5(toluene) (1), Pd–0.3P/НZSM-5(toluene) (2), Pd–0.3P/НZSM-5(DMF) (3), Pd/НZSM-5(toluene) (4), Pd/НZSM-5(DMF) (5) catalysts. Process conditions: ν(Pd) = 5 × 10–6 mol, T = 10°C, P = 1 atm, solvent – ​​ethanol (40 ml) : HCl solution (10 ml). Selectivity in the presence of Pd/НZSM-5(DMF) catalyst was not calculated due to low hydrogen conversion.

Download (294KB)
Indexing metadata


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».