Fe-Сo / Al2O3 катализатор, полученный методом горения растворов с использованием глицина

UDK: 541.128:536.7

DOI: 10.24887/0028-2448-2025-12-140-143

Ключевые слова: катализаторы, разложение метана, синтез горения растворов

Авт.: П.Б. Курмашов, к.т.н. (Новосибирский гос. технический университет); А.А. Шишин (Новосибирский гос. технический университет); В. Головахин (Новосибирский гос. технический университет); М.А. Даниленко (Новосибирский гос. технический университет); С.А. Шпакова (Новосибирский гос. технический университет); Н.А. Белов (Новосибирский гос. технический университет); Т.С. Гудыма, к.т.н. (Новосибирский гос. технический университет); А.Г. Баннов, д.х.н. (Новосибирский гос. технический университет); Д.А. Волков (ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг»); Т.В. Росицкая (ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг»); А.Н. Король (ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг»); Р.Г. Нургалиев (ООО «РИТЭК»); О.В. Славкина, к.т.н. (ООО «РИТЭК»)

В данной работе были получены катализаторы 80 % Fe-10 % Сo/10 % Al2O3 синтезом горения растворов. Высокопроцентный катализатор был синтезирован методом горения раствора в результате совместной термической обработки компонентов Fe(NO3)3-Al(NO3)3-C2H5NO2 в муфельной печи при температуре 450°С со скоростью 1 °С/мин. Полученный катализатор представлял собой порошок с удельной поверхностью 61 м2. Катализаторы были испытаны в проточном (по газу) горизонтальном реакторе в реакции разложения попутного нефтяного газа при 850 °C и 0,1 МПа в течение 6 ч. Синтезированный образец катализатора, а также полученный на нем углеродный наноматериал, были исследованы с помощью сканирующей электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, низкотемпературной адсорбции азота и рентгенофазового анализа. Удельный выход углерода составил от 10 до 33 г/г катализатора. Обнаружена зависимость выхода углерода (и водорода) от температуры каталитической реакции, которая меняется в ряду 750 °С < 800 °C < 950 °C < 850 °C. Каталитическое разложение метана на Fe-Сo/Al2O3 привело к образованию смеси многослойных углеродных нанотрубок и пироуглерода. Проведено сравнение полученных данных с активностью 80 % Fe-10 % Mo/10 % Al2O3 системы. Отмечено, что наряду с высокой каталитической активностью системы Fe-Сo/Al2O3 катализаторы на основе Fe-Mo/Al2O3 могут быть хорошей альтернативой для рассмотрения в будущем с целью реализации процесса каталитического разложения метана и попутного нефтяного газа.

Список литературы

1. Environmental remediation applications of carbon nanotubes and graphene oxide: Adsorption and catalysis / Y. Wang, C. Pan, W. Chu [et al.] // Nanomaterials. –

2019. – V. 9. – № 3. – P. 439. – https://doi.org/10.3390/nano9030439. – EDN: DTKKQV

2. The effect of carbon nanotubes on epoxy matrix nanocomposites / E. Ciecierska, A. Boczkowska, K.J. Kurzydlowski [et al.] // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. – 2012. – V. 111. – P. 1019–1024. – https://doi.org/10.1007/s10973-012-2506-0

3. Su D.S., Centi G. A perspective on carbon materials for future energy application // Journal of Energy Chemistry. – 2013. – T. 22. – № 2. – P. 151–173. – https://doi.org/10.1016/S2095-4956(13)60022-4. – EDN: XCVMNG

4. Solution Combustion Synthesis of Ni/Al2O3 Catalyst for Methane Decomposition: Effect of Fuel / P.B. Kurmashov, A.V. Ukhina, A. Manakhov [et al.] // Appl. Sci. – 2023. – V. 13. – № 6. – Р. 3962. – https://doi.org/10.3390/app13063962. – EDN: NLIQEI

5. Estimation of the Efficiency of Oxalic Acid in the Solution Combustion Synthesis of a Catalyst for Production of Hydrogen and Carbon from Methane / P.B. Kurmashov, M.V. Popov, A.E. Brester [et al.] // Dokl. Chem. – 2023. – V. 511. – P. 209–216. – https://doi.org/10.1134/S0012500823600426. – EDN: TAOVEZ

6. Effect of fuel type on structural and physicochemical properties of solution combustion synthesized CoCr2O4 ceramic pigment nanoparticles / S. Chamyani, A. Salehirad, N. Oroujzadeh, D.S. Fateh // Ceramics International. – 2018. – V. 44. – № 7. – P. 7754–7760. – https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.01.205. – EDN: YFJKZF

7. Kaplan S.S., Sonmez M.S. Single step solution combustion synthesis of hexagonal WO3 powders as visible light photocatalysts // Materials Chemistry and Physics. – 2020. – V. 240. – P. 122152. – https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.122152. – EDN: JRTLEZ

8. Oxalic acid-derived combustion synthesis of multifunctional nanostructured copper oxide materials / K.M. Shri, S. Balamurugan, S.A. Ashika [et al.] // Emergent

Mater. – 2021. – V. 4. – P. 1387–1398. – https://doi.org/10.1007/s42247-021-00269-4. – EDN: FJTWNL

9. Torres D., Pinilla J.L., Suelves L. Cobalt doping of α-Fe/Al2O3 catalysts for the production of hydrogen and high-quality carbon nanotubes by thermal decomposition of methane // International Journal of Hydrogen Energy. – 2020. – V. 45. – № 38. – P. 19313–19323. – https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.05.104. – EDN: AXDVVA

10. Karaismailoğlu M., Figen H.E., Baykara S.Z. Methane decomposition over Fe-based catalysts // International Journal of Hydrogen Energy. – 2020. – V. 45. – № 60. – P. 34773–34782. – https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.07.219. – EDN: YUYRAJ

11. The role of molybdenum in Fe–Mo–Al2O3 catalyst for synthesis of multiwalled carbon nanotubes from butadiene-1,3 / V.V. Chesnokov, V.I. Zaikovskii, A.S. Chichkan, R.A. Buyanov // Applied Catalysis A: General. – 2009. – T. 363. – № 1–2. – P. 86–92. – https://doi.org/10.1016/j.apcata.2009.04.048. – EDN: LLSLUD

12. Palani V., Narayanan S.G., Pradeep Kumar A.R. Catalytic hydrogenation of agricultural residues to green diesel: Process optimization with FeMo/Al2O3 catalyst //

International Journal of Green Energy. – 2025. – V. 22. – № 13. – P. 2859–2876.