Influence of the Method of Synthesis of Cerium Oxide and its Modification with Manganese Oxide on the Activity of Copper-Cerium Catalysts in the Reaction of Oxidation of CO to CO2 in a Mixture of CO + O2 + H2

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Cerium oxide was synthesized by pyrolysis of the salt Ce(NO3)3 · 6H2O (P), co-combustion of Ce(NO3)3 · 6H2O with urea (M), sol-gel method (Z-G) and decomposition of the hydroxide precipitated by mixing aqueous solutions of Ce(NO3)3 · 6H2O and ammonia (G). Samples with manganese oxide MnO/CeO2 and MnxCe1 – xO2 were obtained by impregnation and using urea. The effect of specific surface area on the activity of CuO/CeO2 CuO/MnO/CeO2 CuO/MnxCe1 – xO2 samples in the reaction of CO oxidation in a mixture of CO + O2 + H2 in the range of 30 – 400°C was studied. It was found that the supported catalysts nCuO/nMnO/CeO2(P) (n = 5,7.5,10 wt%) provide the highest conversion of CO to CO2 compared to that in the presence of the systems (5 – 10)% MnO/CeO2(P) MnxCe1 – xO2(M) (x = 0.1 – 0.5) 7.5% CuO/MnxCe1 – xO2. On nCuO/nMnO/CeO2(P) samples, 100% conversion of CO to CO2 is achieved at 120°C, the temperature window ΔT, in which this value remains unchanged, is 40°C, which is worse than the values for (7.5 – 10)% CuO/CeO2(P) catalysts, for which 100% conversion of CO to CO2 is recorded at 100°C and is maintained up to 160°C in the temperature window ΔT = 60°C. Based on X-ray diffraction (XRD) and temperature-programmed reduction with hydrogen (TPR H2) data, it is concluded that oxygen from the interacting oxides MnO2/Mn2O3 CeO2 in binary systems participates in CO oxidation. The introduction of copper oxide into them increases oxygen activity as a result of the formation of copper-manganese oxide structures in ternary systems.

About the authors

A. N. Ilyichev

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: Ilichev-alix@Yandex.ru
Moscow, Russia

M. Ya. Bykhovsky

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

P. R. Vasyutin

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

Yu. A. Gordienko

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

D. P. Shashkin

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

V. N. Korchak

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

References

  1. Lin J., Guo Y., Li C., Lu S., Chen X., Liew K.M. // Catal. Lett. 2018. V. 148. P. 2348.
  2. Wang J., Deng L., He D., Lu J., He Suy., He Suf., Luo Y. // Int. J. Hydrogen Energy. 2015. V. 40. P. 12478.
  3. Стрижак П.Е., Космамбетова Г.Р., Мороз Э.М., Гуральский А.В., Гуляев Р.И., Пахарукова В.П., Боронин А.И., Гриценко В.И. // Химия, физика и технология поверхности. 2008. № 14. С. 264.
  4. Lu J., Wang J., Zou Q., Zhao Y., Fang J., He S., He D., Luo Y. // J. Alloys Compd. 2019. V. 784. P. 1248.
  5. Ильичев А.Н., Быховский М.Я., Фаттахова З.Т., Шашкин Д.П., Корчак В.Н. // Кинетика и катализ. 2021. Т. 62. № 1. С. 44.
  6. Mishra A., Prasad R. // Bull. Chem. React. Eng. Catal. 2011. V. 6. № 1. P. 1.
  7. Haruta M., Tsubota S., Kobayashi T., Kageyama H., Genet M.J., Delmon B. // J. Catal. 1993. V. 144. P. 175.
  8. Qiao B., Wang A., Yang X., Allard L.F., Jiang Z., Cui Y., Liu J., Li J., Zhang T. // Nat. Chem. 2011. V. 3. P. 634.
  9. Peterson E.J., Delariva A.T., Lin S., Johnson R.S., Guo H., Miller J.T., Hun Kwak J., Peden C.H., Kiefer B., Allard L.F., Ribeiro F.H., Datye A.K. // Nat. Commun. 2014. V. 5. P. 4885.
  10. Uzun A., Ortalan V., Browning N.D., Gates B.C. // J. Catal. 2010. V. 269. P. 318.
  11. Uzun A., Ortalan V., Hao Y.L., Browning N.D., Gates B.C. // ACS Nano. 2009. V. 3. P. 3691.
  12. Wang F., Lu G.X. // Int. J. Hydrogen Energy. 2010. V. 35. P. 7253.
  13. Wang D., Li Y. // J. Am. Chem. Soc. 2010. V. 132. P. 6280.
  14. Konsolakis M., Lykaki M. // Catalysts. 2020. V. 10. № 160. P. 1.
  15. Фирсова А.А., Ильичев А.Н., Хоменко Т.И., Горобинский Л.В., Максимов Ю.В., Суздалев И.П., Корчак В.Н. // Кинетика и катализ. 2007. Т. 48. № 2. С. 298.
  16. Фирсова А.А., Хоменко Т.И., Ильичев А.Н., Корчак В.Н. // Кинетика и катализ. 2008. Т. 49. № 5. С. 713.
  17. Ильичев А.Н., Быховский М.Я., Фаттахова З.Т., Шашкин Д.П., Федорова Ю.Е., Матышак В.А., Корчак В.Н. // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 5. С. 654.
  18. Yu K., Lou L.-L., Liu S., Zhou W. // Adv. Sci. 2020. V. 7. № 2. ID: 1901970.
  19. Guo Y.F., Zhao C.W., Lin J, Li C.H., Lu S. X. // Catal. Commun. 2017. V. 99. P. 1.
  20. Li J, Zhu P., Zuo S., Huang Q., Zhou R. // Appl. Catal. A: Gen. 2010. V. 381. P. 261.
  21. Li J., Zhu P., Zhou R. // J. Power Sources. 2011. V. 196. P. 9590.
  22. Guo X., Li J., Zhou R. // Fuel 2016. V. 163. P. 56.
  23. Ильичев А.Н., Фирсова А.А., Корчак В.Н. // Кинетика и катализ. 2006. Т. 47. № 4. С. 602.
  24. Zhao F., Gong M., Zhang G., Li J. // J. Rare Eaerts. 2015. V. 33. № 6. P. 604.
  25. Singhania A. // Ind. Eng. Chem. Res. 2017. 56. 46. P. 13594.
  26. Ройтер В.А. Проблемы теории и практики исследований в катализе. Киев: Наукова думка, 1973. С. 53.
  27. Ильичев А.Н., Быховский М.Я., Фаттахова З.Т., Шашкин Д.П., Матышак В.А., Корчак В.Н. // Кинетика и катализ. 2018. T. 59. № 2. С. 206.
  28. Sheng Y., Zhou Y., Lu H., Zhang Z., Chen Y. // Chin. J. Catal. 2013. V. 34. P.567.
  29. Martinez-Arias A., Fernandez-Garcia M., Soria J., Conesa J.C. // J. Catal. 1999. V. 181. P. 367.
  30. Skarman B., Grandjean D., Benfield R. E., Hinz A., Anderson A., Wallenberg R. // J. Catal. 2002. V. 211. P. 119.
  31. Ильичев А.Н., Матышак В.А., Корчак В.Н. // Кинетика и катализ. 2015. Т. 56. № 1. С. 125.
  32. Ferrandon M., Carno J., Jaras S., Bjornbom Е. // Appl. Catal. A: Gen. 1999. V. 180. P. 141.
  33. Papavasiliou J., Avgouropoulos G., Ioannides T. // J. Catal. 2007. V. 251. P. 7.
  34. Shang H., Zhang X., Xu J., Han Y. // Chem. Sci. Eng. 2017. V. 11. № 4. P. 603.
  35. Guo X., Qiu Z., Mao J., Zhou R. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. V. 20. P. 25983.
  36. Guo X., Qiu Z., Mao J., Zhou R. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2021. V. 23. P. 15582.
  37. Wang W.-W., Du P.-P., Zou S.-H., He H.-Y., Wang R.-X., Jin Z., Shuo S.S., Huang Y.-Y., Si R., Song Q.-S., Jia C.-J., Yan C.-H. // ACS Catal. 2015. V. 5. P. 2088.
  38. Крылов О.В. Гетерогенный катализ. М.: Академкнига, 2004. 352 с.
  39. Picasso G., Gutierrez M., Pina M.P., Herguido J. // Chem. Eng. J. 2007. V. 126. P. 119.
  40. Lee K.J., Kim Y., Lee J.H., Cho S.J, Kwak J.H., Moon H.R. // Chem. Mater. 2017. V. 29. № 7. P. 2874.
  41. Venkataswamy P., Rao K.N., Jampaiah D., Reddy B.M. // Appl. Catal. B: Environ. 2015. V. 162. P. 122.
  42. Venkataswamy P., JamPaiah D., Aniz C., Reddy B.M. // J. Chem. Sci. 2015. V. 127. P. 1347.
  43. Peng C.T., Lia H.K., Liaw B.J., Chen Y.Z. // Chem. Eng. J. 2011. V. 172. P. 452.
  44. Zeng S.H., Zhang W.L., Guo S.L., Su H.Q. // Catal. Commun. 2012. V. 23. P. 62.
  45. Elmhamdi A., Pascual L., Nahdi K., Mart´ınez-Arias A. // Appl. Catal. B: Environ. 2017. V. 217. P. 1.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).