Mathematical modelling of complex oscillations during ethylene oxidation over nickel catalyst

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The article is devoted to the experimental and theoretical study of complex oscillations during ethylene oxidation on the nickel foil. Mathematical model was based on the 14-stage mechanism of reaction including the stages of oxidation and reduction of the Ni catalyst. An essential condition for the occurrence of an oscillatory behavior of the system was the adsorption of C2H4 and CO from the mobile pre-adsorption state. It was shown that for real values of the parameters, the mathematical model can describe both regular and irregular oscillations, as well as the “mixed-mode” oscillations observed in the experiment. For the first time oscillations with different properties and distinct mechanisms of their occurrence were detected in the same model. It was demonstrated that oscillations occurred as a result of a strong dependence of the reaction rate on the concentration of active sites both due to a variation in the concentration of the surface oxide or the surface carbon.

About the authors

M. M. Slinko

N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics RAS

Email: slinko@polymer.chph.ras.ru
Kosygina str. 4, Moscow, 119991 Russia

N. L. Semendyaeva

Faculty of Computational Mathematics and Cybernetics, Moscow State University; Shenzhen MSU-BIT University, Faculty of Computational Mathematics and Cybernetics

Email: slinko@polymer.chph.ras.ru
Leninskie Goru 1, b. 52, Moscow, 119991 Russia; International University Park Road, Dayun New Town, Longgang District, Shenzhen, 518172 China

A. G. Makeev

Faculty of Computational Mathematics and Cybernetics, Moscow State University

Email: slinko@polymer.chph.ras.ru
Leninskie Goru 1, b. 52, Moscow, 119991 Russia

V. Yu. Bychkov

N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics RAS

Author for correspondence.
Email: slinko@polymer.chph.ras.ru
Kosygina str. 4, Moscow, 119991 Russia

References

  1. Margolis L.Ya. // Adv. Catal. 1963. V. 14. P. 429. https://doi.org/10.1016/S0360-0564(08)60342-9
  2. Smolakova L., Kout M., Koudelkova E., Čapek L. // Ind. Eng. Chem. Res. 2015. V. 54. P. 12730. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5b03425
  3. Saraev A.A, Vinokurov Z.S, Kaichev V.V, Shmakov A.N, Bukhtiyarov V.I. // Catal. Sci. Technol. 2017. V. 7. P. 1646. https://doi.org/10.1039/C6CY02673G
  4. Kaichev V.V., Gladky A.Y., Prosvirin I.P., Saraev A.A., Hävecker M., Knop-Gericke A., Schlögl R., Bukhtiyarov V.I. // Surf. Sci. 2013. V. 609. P. 113. http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2012.11.012
  5. Zhang X.L., Mingos D.M.P., Hayward D.O. // Catal. Lett. 2001. V. 72. P. 147. https://doi.org/10.23/A:1009036128275
  6. Bychkov V.Yu., Tyulenin Yu.P., Slinko M.M., Korchak V.N. // Catal. Lett. 2007. V. 119. P. 339. https://doi.org/10.1007/s10562-007-9241-3
  7. Gladky A.Yu., Ermolaev V.K., Parmon V.N. // Catal. Lett. 2001. V. 77. P. 103. https://doi.org/10.23/A:1012703631994
  8. Bychkov V.Y., Tyulenin Y.P., Slinko M.M., Lomonosov V.I., Korchak V.N. // Catal. Lett. 2018. V. 148. P. 3646. https://doi.org/10.1007/s10562-018-2578-y
  9. Bychkov V.Yu., Tyulenin Yu.P., Slinko M.M., Korchak V.N. // Proc. of the IX International Conference “Mechanisms of catalytic reactions”. St. Petersburg, Russia. 2012. P. 165. https://doi.org/10.1595/147106713X660233
  10. Слинько М.М., Макеев А.Г. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 4. С. 495. https://doi.org/10.1134/S0023158420040114
  11. Slinko M.M., Korchak V.N. Peskov N.V. // Appl. Catal. A: Gen. 2006. V. 303. № 2. P. 258. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2006.02.010
  12. Lashina E.A., Kaichev V.V., Saraev A.A., Vinokurov Z.S., Chumakova N.A., Chumakov G.A., Bukhtiyarov V.I. // J. Phys. Chem. A. 2017. V. 121. P. 6874. https://doi.org/10.1021/acs.jpca.7b04525
  13. Ustyugov V.V, Kaichev V.V., Lashina E.A., Chumakova N.A., Bukhtiyarov V.I. // Kinet. Catal. 2016. V. 57. P. 113. https://doi.org/10.1134/S0023158415060142
  14. Lashina E.A., Kaichev V.V., Saraev A.A., Vinokurov Z.S., Chumakova N.A., Chumakov G.A., Bukhtiyarov V.I. // Top. Catal. 2020. V. 63. P. 33. https://doi.org/10.1007/s11244-019-01219-5
  15. Krisher K., Eiswirth M., Ertl G. // J. Chem. Phys. 1992. V. 96. P. 9161. https://doi.org/10.1063/1.462226
  16. Makeev A.G., Nieuwenhuys B.E. // J. Chem. Phys. 1998. V. 108. P. 3740. https://doi.org/10.1063/1.475767
  17. Stuckless J.T., Wartnaby C.E., Al-Sarraf N., Dixon-Warren St. J.B., Kovar M., King D.A. // J. Chem. Phys. 1997. V. 106. P. 2012. https://doi.org/10.1063/1.473308
  18. Kisliuk P. // J. Phys. Chem. Solids. 1957. V 3. P. 95. https://doi.org/10.1016/0022-3697(57)90054-9
  19. Hasse W., Günter H.L., Henzler M. // Surf. Sci. 1983. V. 126. P. 479. https://doi.org/10.1016/0039-6028(83)90746-X
  20. Stuckless J.T., Al-Sarraf N., Wartnaby C., King D.A. // J. Chem. Phys. 1993. V. 99. P. 2202. https://doi.org/10.1063/1.465282
  21. Winkler A., Rendulic K.D. // Surf. Sci. 1982. V. 118. P. 19. https://doi.org/10.1016/0039-6028(82)90010-3
  22. Brown W.A., Kose R., King D.A. // Chem. Rev. 1998. V. 98. P. 797. https://doi.org/10.1021/cr9700890
  23. Klimesch P., Henzler M. // Surf. Sci. 1979. V. 90. P. 57. https://doi.org/10.1016/0039-6028(79)90009-8
  24. Feigerle C.S., Desai S.R., Overbury S.H. // J. Chem. Phys. 1990. V. 93. P. 787. https://doi.org/10.1063/1.459532
  25. Madix R.J., Ertl G., Christmann K. // Chem. Phys. Lett. 1979. V. 62. P. 38. https://doi.org/10.1016/0009-2614(79)80408-X
  26. Delgado K.H., Maier L., Tischer S., Zellner A., Stotz H., Deutschmann O. // Catalysts. 2015. V. 5. P. 871. https://doi.org/10.3390/catal5020871
  27. Yang W.S., Xiang H.W., Li Y.W., Sun Y.H. // Catal. Today. 2000. V. 61. P. 237. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(00)00368-0
  28. Maier L., Schädel B., Delgado K.H., Tischer S., Deutschmann O. // Top. Catal. 2011. V. 54. P. 845. https://doi.org/10.1007/s11244-011-9702-1
  29. Monnerat B., Kiwi-Minsker L., Renken A. // Chem. Eng. Sci. 2003. V. 58. P. 4911. https://doi.org/10.1016/j.ces.2002.11.006
  30. Sales B.C., Turner J.E., Maple M.B. // Surf. Sci. 1982. V. 114. P. 381. https://doi.org/10.1016/0039-6028(82)90692-6
  31. Bychkov V.Yu., Tulenin Yu.P., Slinko M.M., Gordienko Yu.A., Korchak V.N. // Catal. Lett. 2018. V. 148. P. 653. https://doi.org/10.1007/s10562-017-2283-2
  32. Makeev A.G., Peskov N.V., Semendyaeva N.L., Slinko M.M., Bychkov V.Yu., Korchak V.N. // Chem. Eng. Sci. 2019. V. 207. P. 644. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.06.053
  33. Bowker M. // Top. Catal. 2016. V. 59. P. 663. https://doi.org/10.1007/s11244-016-0538-6
  34. Zuhr R.A., Hudson J.B. // Surf. Sci. 1977. V. 66. P. 405. https://doi.org/10.1016/0039-6028(77)90028-0
  35. Behm R.J., Ertl G., Penka V. // Surf. Sci. 1985. V. 160. P. 387. https://doi.org/10.1016/0039-6028(85)90782-4

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


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».