Proces odwodornienia propanu do propenu w obecności CO 2. O) lub bezpośredni (utleniacz w reakcji utleniającego odwodornienia ODH, propanu: C 3

Podobne dokumenty
BADANIE STABILNOŚCI PRACY KATALIZATORA VO X /SBA-15 W PROCESIE ODWODORNIENIA PROPANU DO PROPENU W OBECNOŚCI DITLENKU WĘGLA

ODWODORNIENIE PROPANU W OBECNOŚCI CO 2 DEZAKTYWACJA ODWRACALNA I NIEODWRACALNA KATALIZATORA Cr-O/MCM-41

OTMAR VOGT, JAN OGONOWSKI *, BARBARA LITAWA. Streszczenie

WŁAŚCIWOŚCI KATALITYCZNE CR/SBA-1 W PROCESIE ODWODORNIENIA PROPANU DO PROPENU W OBECNOŚCI CO 2 WPŁYW TEKSTURY I POWIERZCHNI WŁAŚCIWEJ NOŚNIKA

Zbadano proces utleniającej konwersji metanu wobec mieszanek O 2 z CO 2 o składzie molowym:

ODWODORNIENIE IZOBUTANU DO IZOBUTENU W OBECNOŚCI DITLENKU WĘGLA NA KATALIZATORZE WANADOWYM NANIESIONYM NA WĘGIEL AKTYWNY

WPŁYW SPOSOBU PREPARATYKI NA AKTYWNOŚĆ UKŁADÓW La Mg O. THE EFFECT OF PREPARATION OF La Mg O CATALYSTS ON THEIR ACTIVITY

TEST PRZYROSTU KOMPETENCJI Z CHEMII DLA KLAS II

1. Zaproponuj doświadczenie pozwalające oszacować szybkość reakcji hydrolizy octanu etylu w środowisku obojętnym

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

Inżynieria procesów przetwórstwa węgla, zima 15/16

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

liczba kwantowa, n kwantowa, l Wanad 3 2 [Ar] 3d 3 4s 2

Kuratorium Oświaty w Lublinie

Kryteria oceniania z chemii kl VII

Prof. dr hab. inż. Jolanta Grzechowiak-Milewska Długołęka, ul. Świerkowa 19, Długołęka

Pozyskiwanie wodoru na nanostrukturalnych katalizatorach opartych o tlenki żelaza

Pierwiastki bloku d. Zadanie 1.

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2016/2017 eliminacje rejonowe

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. ILOŚCIOWE ZBADANIE SZYBKOŚCI ROZPADU NADTLENKU WODORU.

Zagadnienia do pracy klasowej: Kinetyka, równowaga, termochemia, chemia roztworów wodnych

VIII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2015/2016

OTRZYMYWANIE ZWIĄZKÓW CHEMICZNYCH: PREPARATYKA TLENKÓW MIEDZI

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

imię i nazwisko, nazwa szkoły, miejscowość Zadania I etapu Konkursu Chemicznego Trzech Wydziałów PŁ V edycja

PAWEŁ PRZEMYSŁAW BOROŃ

X / \ Y Y Y Z / \ W W ... imię i nazwisko,nazwa szkoły, miasto

Katalityczny proces metanizacji tlenku węgla

Zadanie 2. (1 pkt) Uzupełnij tabelę, wpisując wzory sumaryczne tlenków w odpowiednie kolumny. CrO CO 2 Fe 2 O 3 BaO SO 3 NO Cu 2 O

b) Podaj liczbę moli chloru cząsteczkowego, która całkowicie przereaguje z jednym molem glinu.

Ćwiczenie 12 KATALITYCZNE ODWODORNIENIE HEPTANU

OTRZYMYWANIE ZWIĄZKÓW CHEMICZNYCH: PREPARATYKA TLENKÓW MIEDZI

Odwracalność przemiany chemicznej

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2018/2019 ETAP REJONOWY

TEST SPRAWDZAJĄCY Z CHEMII

Fragmenty Działu 7 z Tomu 1 REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

Zn + S ZnS Utleniacz:... Reduktor:...

OFERTA TEMATÓW PROJEKTÓW DYPLOMOWYCH (MAGISTERSKICH) do zrealizowania w Katedrze INŻYNIERII CHEMICZNEJ I PROCESOWEJ

Spis treści. Wstęp... 9

Katalityczny proces metanizacji tlenku węgla

Zadanie 1. [ 3 pkt.] Uzupełnij zdania, wpisując brakującą informację z odpowiednimi jednostkami.

PODSTAWOWE POJĘCIA I PRAWA CHEMICZNE

XV Wojewódzki Konkurs z Chemii

Plan i kartoteka testu sprawdzającego wiadomości i umiejętności uczniów

Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu - reakcje egzoenergetyczne i endoenergetyczne, szybkość reakcji chemicznych

Zeolity hierarchiczne otrzymane na drodze desilikacji charakterystyka teksturalna i spektroskopowa. Natura i dostępność centrów kwasowych.

PL B1. Instytut Chemii Przemysłowej im.prof.ignacego Mościckiego,Warszawa,PL BUP 07/06

Ćwiczenie 26 KATALITYCZNE ODWODNIENIE HEPTANOLU

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 13 stycznia 2017 r. zawody II stopnia (rejonowe)

Katalityczne spalanie jako metoda oczyszczania gazów przemysłowych Instrukcja wykonania ćwiczenia nr 18

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: podstawowy

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

MODEL ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA

Badanie materiałów mikroporowatych metodą spektroskopii IR

Przykładowy zestaw zadań z chemii Odpowiedzi i schemat punktowania poziom podstawowy

Fotochromowe kopolimery metakrylanu butylu zawierające pochodne 4-amino-N-(4-metylopirymidyn-2-ilo)benzenosulfonamidu i sposób ich otrzymywania

HETEROGENICZNOŚĆ STRUKTURALNA ORAZ WŁAŚCIWOŚCI ADSORPCYJNE ADSORBENTÓW NATURALNYCH

X Jubileuszowy Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2017/2018. ETAP II r. Godz

... Nazwisko, imię zawodnika; Klasa Liczba punktów. ... Nazwa szkoły, miejscowość. I Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2008/09

Badanie katalizatorów technikami temperaturowo-programowanymi

Pomiar właściwości kwasowo-zasadowych powierzchni ciał stałych (katalizatorów i nośników) metodą dekompozycji cykloheksanolu.

Obliczenia stechiometryczne, bilansowanie równań reakcji redoks

Elektrochemia - prawa elektrolizy Faraday a. Zadania

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA im. Stanisława Staszica w Krakowie OLIMPIADA O DIAMENTOWY INDEKS AGH 2017/18 CHEMIA - ETAP I

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Chemii dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2014/2015

Konkurs chemiczny - gimnazjum. 2018/2019. Etap rejonowy MODEL ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA ZADAŃ ETAPU REJONOWEGO KONKURSU CHEMICZNEGO

a) jeżeli przedstawiona reakcja jest reakcją egzotermiczną, to jej prawidłowy przebieg jest przedstawiony na wykresie za pomocą linii...

Za poprawną metodę Za poprawne obliczenia wraz z podaniem zmiany ph

Zad: 5 Oblicz stężenie niezdysocjowanego kwasu octowego w wodnym roztworze o stężeniu 0,1 mol/dm 3, jeśli ph tego roztworu wynosi 3.

relacje ilościowe ( masowe,objętościowe i molowe ) dotyczące połączeń 1. pierwiastków w związkach chemicznych 2. związków chemicznych w reakcjach

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

PODSTAWY STECHIOMETRII

Tematy i zakres treści z chemii - zakres rozszerzony, dla klas 2 LO2 i 3 TZA/archt. kraj.

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW. Eliminacje rejonowe II stopień

Sposób oczyszczania wody ze ścieków fenolowych w fotokatalitycznym reaktorze przepływowym oraz wkład fotokatalityczny do reaktora przepływowego

Praca objętościowa - pv (wymiana energii na sposób pracy) Ciepło reakcji Q (wymiana energii na sposób ciepła) Energia wewnętrzna

57 Zjazd PTChem i SITPChem Częstochowa, Promotowany miedzią niklowy katalizator do uwodornienia benzenu

PL B1. UNIWERSYTET IM. ADAMA MICKIEWICZA W POZNANIU, Poznań, PL BUP 24/17

STRESZCZENIE. 137 Cs oraz

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII... DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2011/2012 eliminacje wojewódzkie

MAŁOPOLSKI KONKURS CHEMICZNY dla uczniów dotychczasowych gimnazjów i klas dotychczasowych gimnazjów prowadzonych w szkołach innego typu

WYDZIAŁ CHEMICZNY POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ KATEDRA TECHNOLOGII CHEMICZNEJ. Laboratorium LABORATORIUM Z TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

Rzeszów, 27 listopada, 2012 r.

uczeń opanował wszystkie wymagania podstawowe i ponadpodstawowe

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne

Adsorpcja wybranych jonów metali ciężkich na biowęglu pochodzącym z komunalnych osadów ściekowych

Analiza Organiczna. Jan Kowalski grupa B dwójka 7(A) Własności fizykochemiczne badanego związku. Zmierzona temperatura topnienia (1)

Ćwiczenie IX KATALITYCZNY ROZKŁAD WODY UTLENIONEJ

Konkurs Chemiczny dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych rok szkolny 2013/2014

X Konkurs Chemii Nieorganicznej i Ogólnej rok szkolny 2011/12

Synteza Nanoproszków Metody Chemiczne II

WYDZIAŁ CHEMICZNY POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ KATEDRA TECHNOLOGII CHEMICZNEJ. Laboratorium PODSTAWY TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

KATALITYCZNE OZNACZANIE ŚLADÓW MIEDZI

Monitorowanie stabilności oksydacyjnej oleju rzepakowego na

CHEMIA I GIMNAZJUM WYMAGANIA PODSTAWOWE

OZNACZANIE ŻELAZA METODĄ SPEKTROFOTOMETRII UV/VIS

II Etap rejonowy 28 styczeń 2019 r. Imię i nazwisko ucznia: Czas trwania: 60 minut

Transkrypt:

* o 3 l 2 o 3 l 2 3 2 3 *

354 1. Wstęp Proces odwodornienia propanu do propenu w obecności CO 2 stanowi alternatywę dla tradycyjnego katalitycznego odwodornienia. Wiele prac wskazuje, iż rola CO 2 w tym procesie nie polega wyłącznie na rozcieńczaniu reagentów oraz dostarczaniu ciepła do przebiegu endotermicznego odwodornienia propanu (medium grzewcze), ale jest on również reagentem wpływającym w sposób pośredni (wiązanie wodoru w reakcji redukcji ditlenku węgla RWGS: H 2 + CO 2 = CO + H 2 O) lub bezpośredni (utleniacz w reakcji utleniającego odwodornienia ODH, propanu: C 3 + CO 2 = C 3 + CO + H 2 ) na zwiększenie wydajności propenu. Promujący efekt CO 2 w dużej mierze zależy od typu katalizatora. W chwili obecnej za najbardziej obiecujące uważa się układy katalityczne na osnowie tlenku chromu naniesionego na nośniki krzemionkowe, a w szczególności na materiały na mezoporowate typu: MCM-41, SBA-15, MSU-x [1-3]. Jednakże, ze względu na toksyczność tlenku chromu na 6+ stopniu utleniania, szczególnie w połączeniu z materiałem krzemionkowym, prowadzone są badania nad opracowaniem formuły katalizatora nie zawierającego w swoim składzie tego pierwiastka. Dużą uwagę skupiają katalizatory na osnowie tlenków Ga i Zn, osadzone na nośnikach o charakterze kwasowym lub amfoterycznym, np. H-ZSM-5, ZrO 2, γ-al 2 O 3 [4, 5]. Do chwili obecnej niewiele jest prac poświęconych zastosowaniu w tego typu reakcjach tlenkowych katalizatorów molibdenowych, które charakteryzują się dużą aktywnością w procesach odwodornienia, uwodornienia, metatezy oraz utleniającego odwodornienia węglowodorów. Celem niniejszej pracy jest zbadanie aktywności katalitycznej zdyspergowanego na powierzchni mezoporowatej matrycy typu SBA-15 oraz na matrycy, w której kwasowość zwiększono poprzez wprowadzenie glinu metodą postsyntezową. Właściwości katalityczne przedyskutowano w świetle badań fizykochemicznych. 2. Metodyka badań 2.1. Preparatyka katalizatorów Pierwszy etap pracy obejmował preparatykę nośników mezoporowatych, SBA-15 oraz jego modyfikacje zawierające glin Al-SBA-15. Syntezę nośników przeprowadzono w środowisku kwaśnym, stosując jako szablon kształtotwórczy kopolimer blokowy o nazwie handlowej Pluronic P123, natomiast jako źródło krzemu zastosowano ortokrzemian tetraetylu (TEOS, 98% Aldrich). W typowej syntezie mieszano 60 cm 3 wody destylowanej z 102 cm 3 2 M kwasu solnego (35 38%, Chempur) i 8 g Pluronicu P123 (Aldrich), a następnie po uzyskaniu przeźroczystego roztworu wprowadzano kroplami 18,2 cm 3 TEOS. Po wkropleniu źródła krzemu mieszaninę ogrzewano w naczyniu polipropylenowym w temperaturze 363 K przez 12 h. Powstały osad odsączano na lejku Buchnera i suszono w temperaturze pokojowej. Kalcynację przeprowadzono w strumieniu powietrza, ogrzewając syntezowany materiał od temperatury pokojowej do 823 K z szybkością 1 K/min, a następnie po ogrzaniu do 823 K izotermicznie przez 10 h. Nośniki zawierające glin otrzymano na drodze posyntezowej modyfikacji [6]. W tym celu sporządzono zawiesinę 4 g Si-SBA-15 w 50 cm 3 wody destylowanej. Następnie wkraplano

355 25% wodny roztwór amoniaku (POCh), aż do otrzymania ph = 9,3. Do zawiesiny dodawano stopniowo (przez 8 h) 200 cm 3 0,02 M wodnego roztworu heksafluoroglinianu amonu (NH 4 ) 3 AlF 6 (98%, Alfa Aesar). Po zakończeniu wkraplania czynnika aluminiującego zawiesinę mieszano w temperaturze pokojowej przez 18 h. Następnie materiał mezoporowaty odsączono, przemyto zimną wodą destylowaną i wysuszono w 333 K. Otrzymaną próbkę nazwano Al-SBA-15 (15), gdzie wartość w nawiasie oznacza stechiometryczny stosunek Si/ Al. W przypadku katalizatorów Al-SBA-15 (30) i Al-SBA-15 (60) postępowano analogicznie z tą różnicą, iż zastosowano 100 i 50 cm 3 0,02 M wodnego roztworu (NH 4 ) 3 AlF 6, które wkraplano odpowiednio przez 4 i 2 h. Katalizatory molibdenowe otrzymano metodą impregnacji pierwszej wilgotności. W tym celu na nośniki (SBA-15 i niemodyfikowaną Al-SBA-15) naniesiono roztwór heptamolibdenianu amonu (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 4H 2 O (POCh). Stężenie roztworu dobrano w taki sposób, by po kalcynacji zawartość substancji aktywnej wynosiła 10% mas. 2.2. Badania katalityczne Proces odwodornienia propanu prowadzono w temperaturze 823 K pod ciśnieniem atmosferycznym. Masa katalizatora stosowanego podczas testu katalitycznego wynosiła każdorazowo 200 mg. Całkowite objętościowe natężenie przepływu substratów wynosiło 30 cm 3 /min, przy czym stosunek objętościowy C 3 :CO 2 :He wynosił 1:5:9. Katalizator przed analizą odgazowywano przez 30 min w atmosferze gazu inertnego, co pozwalało na pozbycie się wilgoci i powietrza. Otrzymane produkty analizowano przy pomocy chromatografu Agilent 6890 N wyposażonego w układ dwóch kolumn i detektor TCD. Kolumna pakowana wypełniona sitami molekularnymi 13X posłużyła do analizy CH 4 i CO, natomiast druga kolumna pakowana wypełniona polimerycznym wypełnieniem Haysep posłużyła do rozdziału C 2, C 2 H 4, C 3, C 3, H 2, CO 2 i wody. 2.3. Badania fizykochemiczne Badania TPR-H 2 prowadzono w mikroreaktorze kwarcowym, stosując mieszankę 5% obj. wodoru w azocie (V cał. = 30 cm 3 /min). Narost temperatury oraz masa próbki wynosiły odpowiednio 10 K/min i 100 mg. Konsumpcję wodoru w strumieniu gazu przepływającego (H 2 /N 2 ) analizowano za pomocą detektora TCD. Redukcję prowadzono do temperatury 823 K. Każdorazowo przed przystąpieniem do redukcji próbkę katalizatora odgazowywano w strumieniu suchego helu w temperaturze 823 K (0,5 h, V He = 30 cm 3 /min). Badania TPD-NH 3 prowadzono w mikroreaktorze kwarcowym, stosując amoniak. Narost temperatury oraz masa próbki wynosiły odpowiednio 10 K/min i 100 mg. Desorpcję prowadzono w temperaturze 373 K. Przed przystąpieniem do analizy próbkę za każdym razem odgazowywano temperaturze 873 K (1 h, V He = 30 cm 3 /min.). Badania spektralne w zakresie UV-Vis przeprowadzono metodą rozproszenia wstecznego, stosując spektrofotometr HR 2000+ (czas integracji 100 ms) wyposażony w lampę deuterowo-halogenową (DH-2000-BAL) oraz sondę refleksyjną (GetProbe FCR-7UV400A- 2ME-HTX). Badania przeprowadzono w temperaturze pokojowej, stosując jako standard BaSO 4. Wynik przedstawiono w formacie Kubelka-Munka ((K M = (1 R) 2 /2R; gdzie R współczynnik odbicia).

356 3. Wyniki i dyskusja 3.1. Charakterystyka fizykochemiczna nośnika i katalizatorów Strukturę mezoporowatej krzemionki, SBA-15, potwierdzono na podstawie analizy widm dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (nie pokazano), natomiast morfologię ustalono na podstawie analizy obrazów SEM i TEM (rys. 1). Rys. 1. Obrazy SEM (a) i TEM (b) dla nośnika mezoporowatego typu SBA-15 Fig. 1. SEM (a) and TEM (b) images of SBA-15 Przedstawiony obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego (rys. 1a) pokazuje charakterystyczną budowę matrycy SBA-15, gdzie cząstki o kształcie pałeczek i średnicy 500 do 1000 nm tworzą zlepione ze sobą aglomeraty. Z kolei, obraz z transmisyjnego mikroskopu elektronowego potwierdza regularną i jednorodną strukturę porowatą. Jak ustalono na podstawie badań niskotemperaturowej adsorpcji azotu, wielkość mezoporów mieści się w wąskim zakresie 4 8 nm. W kolejnym etapie scharakteryzowano serie katalizatorów, w których zdyspergowano na czystym SBA-15 i jego modyfikacjach zawierających glin (Al-SBA-15). Do określenia właściwości kwasowych katalizatorów posłużono się techniką temperaturowo programowanej desorpcji, stosując amoniak jako cząsteczkę sondę. Celem tych badań było określenie, w jakim stopniu wprowadzenie glinu metodą postsyntezową wpływa na zmianę właściwości kwasowych katalizatora. Uzyskane krzywe TPD-NH 3 przedstawiono na rys. 2. Na krzywej TPD dla katalizatora /SBA-15 można zaobserwować pojedynczy niskotemperaturowy pik desorpcji amoniaku zlokalizowany przy ok. 477 K. Pik ten jest przypisywany desorpcji amoniaku zaadsorbowanego fizycznie na powierzchni katalizatora, jakkolwiek w krzemionkowych materiałach obecność piku niskotemperaturowego może również świadczyć o desorpcji amoniaku z terminalnych silanoli (Si OH). Z kolei, krzywe TPD uzyskane dla katalizatorów, w których zastosowano nośnik modyfikowany glinem, posiadają maksimum nisko- i wysokotemperaturowe. Ponadto, można zauważyć, że w przypadku materiałów modyfikowanych wolniej opada pik niskotemperaturowy w zakresie temperatur 500 700 K, co jest przypuszczalnie spowodowane obecnością centrów kwasowych

357 typu Brönsteda (Si OHAl) o średniej mocy kwasowej powstałych na skutek wprowadzenia trójwartościowego glinu do matrycy krzemionkowej typu SBA-15. Z kolei, pik wysokotemperaturowy z maksimum desorpcji zlokalizowanym w temperaturze ok. 760 K jest związany przypuszczalnie z obecnością pozaszkieletowego glinu [7]. Niewielka kwasowość Brönsteda zaobserwowana w przypadku katalizatorów zawierających glin nasuwa przypuszczenie, że część tych centrów zostaje zablokowana po naniesieniu. Rys. 2. Krzywe TPD-NH 3 kalcynowanych katalizatorów molibdenowych: (a) /SBA-15; (b) /Al-SBA-15(15); (c) /Al-SBA-15(30) i (d) /Al-SBA-15(60) Fig.2. TPD-NH 3 curves of calcined molybdenum catalysts: (a) /SBA-15; (b) /Al-SBA-15(15); (c) /Al-SBA-15(30) and (d) /Al-SBA-15(60) Na rysunku 3 przedstawiono wyniki badań spektroskopowych przeprowadzonych metodą rozproszenia wstecznego. W przypadku katalizatorów molibdenowych metoda ta jest cennym narzędziem pozwalającym ustalić stopień utlenienia i dyspersję molibdenu w świeżych próbkach katalizatora. Katalizatory molibdenowe silnie absorbują promieniowanie w zakresie UV na skutek przejść elektronowych z przeniesieniem ładunku ligand-metal (O 2 Mo 6+ ). Położenie maksimów charakterystycznych dla tych przejść zależy od symetrii pola ligandów otaczających jon molibdenowy. W przypadku koordynacji tetraedrycznej jonu Mo 6+ (T d ) pasma spodziewane są przy wyższych energiach niż w przypadku przejść elektronowych dla jonu w koordynacji oktaedrycznej (O h ). W grupie analizowanych katalizatorów zaobserwowano dwa położone blisko siebie pasma absorpcyjne przy 215 i 230, które świadczą o obecność Mo +6 skoordynowanego tetraedrycznie (w postaci onomerów) oraz szerokie i słabo zaznaczające się pasmo przy ok. 290 nm, świadczące o obecności wiązań Mo O Mo, które są obecne w oligomerycznych formach molibdenianowych [8]. Ponadto, w widmach UV-Vis nie zaobserwowano dodatkowego pasma w zakresie 330 350 nm, którego obecność świadczyłaby

358 Rys. 3. Widma UV-Vis uzyskane metodą rozproszenia wstecznego dla kalcynowanych katalizatorów molibdenowych: (a) /SBA-15; (b) /Al-SBA-15(60); (c) /Al-SBA-15(30) i (d) /Al-SBA-15(15) Fig. 3. UV-Vis diffuse reflectance spectra of calcined molybdenum catalysts: (a) /SBA-15; (b) /Al-SBA-15(60); (c) /Al-SBA-15(30) and (d) /Al-SBA-15(15) o powstaniu zwartej fazy, jak w krystalicznym. Brakuje również pasm charakterystycznych dla przejść elektronowych typu d-d w zakresie 400 500 nm, które świadczyłyby o obecności molibdenu na 5+ stopniu utleniania [9]. Podsumowując, wyniki badań UV-Vis świadczą o tym, iż molibden na powierzchni kalcynowanych katalizatorów występuje na 6+ stopniu utlenienia w formie silnie zdyspergowanej, co prawdopodobnie związane jest y dużą powierzchnią właściwą zastosowanych nośników mezoporowatych (S BET > 700 m 2 g 1 ). 3.2. Aktywność katalityczna Właściwości katalityczne otrzymanych materiałów molibdenowych zbadano w procesie odwodornienia propanu w obecności CO 2. W tabeli 1 zestawiono początkowe stopnie konwersji propanu i ditlenku węgla, selektywności do produktów węglowodorowych oraz stosunek molowy głównych produktów, które uzyskano w temperaturze 823 K. Wszystkie przebadane katalizatory charakteryzują się niewielką aktywnością katalityczną oraz relatywnie dużą selektywnością w procesie odwodornienia propanu. Warto zauważyć, że właściwości odwodarniające katalizatorów molibdenowych poprawia modyfikacja nośnika SBA-15 glinem. W serii katalizatorów modyfikowanych tym pierwiastkiem najlepsze wyniki uzyskano na katalizatorze /Al-SBA-15 (Si/Al=60). W tym przypadku stopień konwersji propanu wzrósł prawie dwukrotnie w porównaniu do wyniku uzyskanego na /Al-SBA-15, natomiast selektywność do propenu z 70,0% do 86,1%. W obecności pozostałych katalizatorów osadzonych na modyfikowanych matrycach otrzymano niższe

359 stopnie konwersji propanu i mniejszą lub porównywalną selektywność do propenu. Wyniki badań katalitycznych dobrze korelują z wynikami TPD-NH 3, które wskazały, że katalizator /Al-SBA-15 (Si/Al=60) posiada największą liczbę centrów kwasowych o średniej i dużej mocy. Obecność centrów kwasowych jest konieczna w pierwszym najwolniejszym etapie dysocjacyjnej adsorpcji propanu, który limituje szybkość procesu odwodornienia. Właściwości katalityczne katalizatorów molibdenowych w temperaturze 823 K Katalizator Stopień konwersji [%] Selektywność [%] Tabela 1 Stosunek molowy [mol mol 1 ] C 3 CO 2 C 3 C 2 C 2 H 4 CH 4 C 3 /CO /Si-SBA-15 1,5 0,1 70,0 2,0 19,5 8,5 2,7 /Al-SBA-15(Si:Al=60) 2,8 0,3 86,1 1,4 8,4 4,1 2,0 /Al-SBA-15(Si:Al=30) 2,1 0,2 82,6 1,6 10,4 5,4 1,6 /Al-SBA-15(Si:Al=15) 1,9 1,9 86,1 1,8 7,9 4,2 1,5 Mała aktywność badanej serii katalizatorów w temperaturze 823 K skłoniła nas do przebadania aktywności wspomnianych materiałów w szerokim zakresie temperatur (rys. 4) Rys. 4. Zmiana stopnia konwersji propanu i selektywność do propenu w funkcji temperatury. Pełne symbole: reakcja w obecności /SBA-15, puste symbole: reakcja w obecności /Al-SBA-15(Si/Al=60) Fig. 4. Variation of propane conversion and selectivity to propene with temperature. Open symbols: reaction in presence of /SBA-15; Solid symbols: reaction in presence /Al-SBA-15(Si/Al=60)

360 Wraz ze wzrostem temperatury rośnie stopień konwersji propanu, natomiast zmniejsza się stopniowo selektywność do propenu, co jest związane z aktywacją w wyższych temperaturach reakcji ubocznych, takich jak: kraking: C 3 C 2 H 4 + CH 4, hydrokraking: C 3 + H 2 C 2 + CH 4. suchy reforming: C 3 + 3CO 2 6CO + 4H 2. 4. Wnioski Zastosowanie mezoporowatego nośnika o silnie rozwiniętej powierzchni właściwej pozwala uzyskać duży stopień dyspersji molibdenu przy zawartości 10% mas. Wprowadzenie do nośnika SBA-15 glinu metodą postsyntezową prowadzi do powstania średnich i mocnych centrów kwasowych, których obecność w katalizatorze sprzyja wzrostowi stopnia konwersji propanu i selektywności do propenu w procesie odwodornienia propanu z CO 2. Literatura [1] M i c h o r c z y k P., O g o n o w s k i J., K u ś t r o w s k i P., C h m i e l a r z L., Appl. Catal. A: Gen., 2008, 349, 62-69. [2] Liu L., Li H., Zhang Y., Catal. Commun., 2007, 8, 565-570. [3] Z h a n g X., Yu e Y., G a o Z., Catal. Lett., 2002, 83, 19-25. [4] X u B., Z h e n g B., H u a W., Yu e Y., G a o Z., J. Catal., 2006, 239, 470-477. [5] Ren Y., Zhang F., Hua W., Yue Y., Gao Z., Catal. Today, 2009, 148, 316-322. [6] K a o H.-M., T i n g Ch.-Ch., C h a o Sh.-W., J. Mol. Catal. A: Chem., 2005, 235, 200-208. [7] F i e d o r o w R., Przem. Chem., 2003, 82, 211-215. [8] M e l e r o J.A., I g l e s i a s J., A r s u a g a J.M., S a i n z - P a r d o J., d e F r u t o s P., B l a z q u e z S., Appl. Catal. A: Gen., 2007, 331, 84-94. [9] Che S., Sakamoto Y., Yoshitake H., Terasaki O., Tatsumi T., J. Phys. Chem. B, 2001, 105, 10565-10572.