Физико-химические свойства суспензий на основе оксида алюминия и перспективы их применения

Сабухи Илич оглы  Нифталиев; Ирина Владимировна  Кузнецова; Анастасия Дмитриевна  Никифорова; Денис Сергеевич  Сугатов; Евгений Андреевич  Аликин; Евгений Олегович  Бакшеев; Владимир Николаевич  Рычков

doi:10.17308/sorpchrom.2023.23/11711

Сабухи Илич оглы Нифталиев Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж
Ирина Владимировна Кузнецова Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж
Анастасия Дмитриевна Никифорова Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж
Денис Сергеевич Сугатов Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж
Евгений Андреевич Аликин Воронежский государственный технический университет, Воронеж, Россия
Евгений Олегович Бакшеев Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, Воронеж, Россия, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия
Владимир Николаевич Рычков Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, Екатеринбург

DOI: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11711

Ключевые слова: трехмаршрутный катализатор, точка нулевого заряда, энергия активации, европий, платина.

Аннотация

В качестве керамических носителей для трехмаршрутных автомобильных катализаторов используются кордиеритовые блоки сотовой структуры с каналами квадратного сечения. Нанесение каталитически активных слоев производят из суспензий на основе γ-Al₂O_3,которая вводится во внутренний объем носителя. Приготовление суспензий включало в себя пропитку порошка Al₂O₃растворами предшественников Pt, Eu, разбавление водой, помол до частиц со средним размером 4 мкм, задание кислотности в необходимом диапазоне.

Изучение физико-химических свойств (точка нулевого заряда, площадь удельной поверхности, размер частиц, объем пор, средний диаметр пор) суспензии, приготовленной на основе оксида алюминия и модифицированной ионами европия и платины, актуально из-за возможности применения в технологии трехмаршрутных катализаторов.

Параметры поверхности и пористости устанавливали методом низкотемпературной адсорбции/десорбции азота.

Величины pH_ТНЗ определяли весовым титрованием, pH точек находятся в пределах 6.01-7.1, следовательно, заданный диапазон кислотности не должен выходить за эти пределы. Процессы термодеструкции суспензий при нагревании исследовали методом термического анализа. В процессе нагревания от -100 до 250°С наблюдали потерю массы в течение всего процесса нагревания. Обнаружены эндотермические эффекты, соответствующие плавлению льда, испарению влаги, разложению азотсодержащих соединений. Наибольшая потеря массы наблюдалась в образце оксида алюминия, модифицированном ионами европия и платины (Eu,Pt/γ-Al₂O₃). Количественную оценку форм связей влаги в суспензии выполняли по экспериментальным зависимостям изменениям массы образца ТГ и скорости изменения массы ДТГ в температурном интервале 270-380 К. По значениям энергии активации установлено, что механизм выхода влаги из образца Eu,Pt/γ-Al₂O₃отличается от других. Рассчитаные энергии активаци выхода влаги имеют высокие значения (41-92 кДж/моль), что свидетельствует о связанном состоянии воды в структуре твердой фазы. Суспензию наносят на керамическую основу катализатора и обжигают при 500 °С, информация о механизме выхода влаги при нагревании суспензии поможет избежать снижения площади удельной поверхности.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Сабухи Илич оглы Нифталиев, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж

профессор кафедры неорганической химии и химической технологии, д.х.н., Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж, Россия

Ирина Владимировна Кузнецова, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж

доцент кафедры неорганической химии и химической технологии, к.х.н., Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж, Россия

Анастасия Дмитриевна Никифорова, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж

ассистент кафедры неорганической химии и химической технологии, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж, Россия

Денис Сергеевич Сугатов, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж

студент кафедры неорганической химии и химической технологии, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж, Россия

Евгений Андреевич Аликин, Воронежский государственный технический университет, Воронеж, Россия

начальник лаборатории катализаторов, к.х.н., ООО «Экоальянс», Новоуральск, Россия

Евгений Олегович Бакшеев, Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, Воронеж, Россия, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия

аспирант кафедры редких металлов и наноматериалов физико-технологического института, Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия

Владимир Николаевич Рычков, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, Екатеринбург

профессор кафедры редких металлов и наноматериалов физико-технологического института, д.х.н., Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия

Литература

Alikin E.A., Bochkarev S.Yu., Denisov S.P. Development of thermostable composition of Al2O3–Ce0,75Zr0,25O2 for use in three-ways exhaust cars gas cleaning catalyst. Catalysis in industry, 2012; 2: 25-34.

Kanazawa T. Development of hydrocarbon adsorbents, oxygen storage materials for three-way catalysts and NOx storage-reduction catalyst Catal, Today, 2004; 96(3): 171-177.

Ivanov V.K., Shcherbakov A.B., Baranchikov A.E., Kozik V.V. Nanocrystalline Cerium Dioxide: properties, preparation, application. Tomsk, Tomsk University Publ., 2013, 284 p. (In Russ.)

Favre C., Zidat S. Emission Systems Optimization to Meet Future European Legislation. SAE Technical Paper Series 2004-01-0138.

Burtin P., Brunelle J.P., Pijolat M., Soustelle M. nfluence of surface area and additives on the thermal stability of transition alumina catalyst supports. I: Kinetic data. Applied Catalysis, 1987; 34: 225-238.

Ismagilov Z.R., Shkrabina R.A., Koryabkina N.A. Preparation and study of thermally stable washcoat aluminas for au-tomotive catalysts. Studies In Surface Sci-ence and Catalysis, 1998; 116: 507-511.

Chuech J.S., Cant N.W. Stabilisation of aluminas by rare earth and alkaline earth ions. Applied Catalysis A: General, 1993; 101: 105-116.

Slepterev A.A., Tsyrulnikov P.G. Palladium catalysts based on alumina mod-ified with REE oxides. Omsk Scientific Bulletin, 2013; 1(117): 51-54. (In Russ.)

G. A. Parks and P. L. de Bruyn: The Zero Point of Charge of Oxides. .J. Phys. Chem., 1962; 66(6): 967-973.

Pechenyuk S.I., Semushina Yu.P. The calculation of composition for mechanical mixture sorbent. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2019; 19 (1): 45-51 (In Russ.)

Kosmulski M. The pH-dependent surface charging and the points of zero charge. J. Colloid and Interface Sci, 2002; 253(1): 77-87.

Trueba M., Trasatti S.P. γ-Alumina as a Support for Catalysts: A Review of Fundamental Aspects. Eur. J. Inorg. Chem, 2005; 3393-3403.

Patel M.A., Kar A.S., Raut V.V. De-lineating the influence of picolinic acid on Eu(iii) sorption by γ-alumina. Environ Sci Process Impacts, 2020; 22(2): 329-339.

Tan X.L., Wang X.K., Geckeis H., Rabung Th. Sorption of Eu(III) on Humic Acid or Fulvic Acid Bound to Hydrous Alumina Studied by SEM-EDS, XPS, TRLFS, and Batch Techniques. Environ Sci Technol, 2008; 42(17): 6532-6537.

Cai Y., Ren X., Lang Y., Liu Z. Re-traction: Sequestration and speciation of Eu(III) on gamma alumina: role of temper-ature and contact order. Environ Sci Process Impacts, 2015; 17(11): 1904-1914.

Mostalygina L.V., Mostalygin A.G., Kostin A.V. Identifying the point of zero charge of bentonite clay Zyryansky deposits by weight titration. Bulletin of Kurgan State University. Series: Natural sciences, 2012; 3 (25): 107-110.

Saranov I.A., Niftaliev S.I., To-roptsev V.V., Kuznetsov I.A. Investigation of the quality of water in the process of its purification using ultrafiltration by the method of differential scanning calorimetry Bulletin of the Voronezh State University of Engineering Technologies, 2021; 83(87): 323-329. (In Russ.)

Kotov V.V., Sokolova S.A., Netesova G.A. Condition of water in aro-matic polyamide membranes.Journal of Physical Chemistry, 2005; 79(10): 1896-1901. (In Russ.)

Beguin B., Garbowski E., Primet M. Stabilisation of Aluminia by Addition of Lanthanum. Appl. Catal. 1991; 75: 119-121.

Ahlstrom-Silversand A.F., Odenbrand C.U.I. Combustion of methane over a Pd-Al2O3-SiO2 catalyst, catalyst activity and stability. Applied Catalysis A: General, 1997; 153(1-2):157-175.

Dzisko V.A., Karnaukhov A.P., Tarasova D.V. Physico-chemical bases of synthesis of oxide catalysts. Novosibirsk, Nauka. 1978, 384 p. (In Russ.)

Williamson W.B., Richmond R.P., Nunan J.G. Palladium and Plati-num/Rhodium Dual-Catalyst NLEV and Tier IIa Close-Coupled Emission Solutions. SAE World Congress, March 5-8, 2001, Detroit, Michigan, SAE Technical Paper Series 2001-01-0923, pp. 1-11.