Кинетическая модель температурно-программируемой десорбции аммиака для исследования кислотности гетерогенных катализаторов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложен новый метод обработки результатов температурно-программируемой десорбции аммиака с поверхности гетерогенных катализаторов и описан подход для автоматической деконволюции кинетических кривых ТПД. Данный метод использует кинетическую модель Поляни–Вигнера с применением уравнений формальной кинетики простых реакций, что накладывает ограничения на использование кинетических кривых с наблюдаемым порядком 1, 2 или 3. Подбор параметров для кривых ТПД основан на методе нелинейной минимизации методом Рунге–Кутте и подгона их под экспериментальные точки с использованием динамической скорости изменения параметров модели. В качестве примера представлено несколько однотипных гетерогенных систем: титансиликалит–1 и силикалит–1, для которых получено описание экспериментальных точек одним кинетическим уравнением десорбции третьего порядка, и три образца γ-оксида алюминия, для которых были получены модельные кинетические кривые с двумя пиками десорбции и со сходящимися кинетическими параметрами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. И. Лысиков

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)

Автор, ответственный за переписку.
Email: lyanig@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск; 630090, Новосибирск

В. А. Вдовиченко

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)

Email: lyanig@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск; 630090, Новосибирск

Е. Е. Воробьева

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)

Email: lyanig@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск; 630090, Новосибирск

И. А. Шаманаева

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)

Email: lyanig@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск; 630090, Новосибирск

Е. В. Лузина

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)

Email: lyanig@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск; 630090, Новосибирск

Л. В. Пирютко

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН)

Email: lyanig@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск

Ж. В. Веселовская

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)

Email: lyanig@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск; 630090, Новосибирск

Е. В. Пархомчук

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)

Email: lyanig@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск; 630090, Новосибирск

Список литературы

  1. Da Ros S., Barbosa-Coutinho E., Schwaab M. et al. // Mater. Charact. 2013. V. 80. P. 50.
  2. Phung T.K., Garbarino G. // J. Ind. Eng. Chem. 2017. V. 47. P. 288.
  3. Yashnik S.A., Boltenkov V.V., Babushkin D.E. et al. // Kinet. Catal. 2022. V. 63. P. 555.
  4. Cvetanoviĉ R.J., Amenomiya Y. // Adv. Catal. 1972. V. 6. P. 21.
  5. Amenomiya Y., Chenier J.H.B., Cvetanović R.J. // J. Phys. Chem. 1964. V. 68. P. 52.
  6. Serebrennikov D.V., Grigor’eva N.G., Khazipova A.N. et al. // Kinet. Catal. 2022. V. 63. P. 577.
  7. Wu L., Su H., Liu Q. et al. // Ibid. 2022. V. 63. P. 498.
  8. Busca G. // Chem. Rev. 2007. V. 107. P. 5366.
  9. Kim C., Yan X.M., White J.M. // Rev. Sci. Instrum. 2000. V. 71. P. 3502.
  10. Kechagiopoulos P.N., Thybaut J.W., Marin G.B. // Ind. Eng. Chem. 2014. V. 53. P. 1825.
  11. Cvetanović R.J., Amenomiya Y. // Adv. Catal. 1967. V. 17. P. 103.
  12. Rodríguez-González L., Hermes F., Bertmer M. et al. // Appl. Catal. A Gen. 2007. V. 328. P. 174.
  13. Schwarz J.A. // Catal. Rev. – Sci. Eng. 1983. V. 25. P. 141.
  14. Bhatia S., Beltramini J., Do D.D. // Catal. Today. 1990. V. 7. P. 309.
  15. Kanervo J.M., Krause A.O.I. // J. Phys. Chem. B. 2001. V. 105. P. 9778.
  16. Russell N.M., Ekerdt J.G. // Surf. Sci. 1996. V. 364. P. 199–218.
  17. Niwa M., Katada N. // Chem. Rec. 2013. V. 13. P. 432.
  18. Da Ros S., Valter Flores K.A., Schwaab M. et al. // J. Ind. Eng. Chem. 2021. V. 94. P. 425.
  19. Xu J., Deng J. // ACS Omega. 2020. V. 5. P. 4148.
  20. Campbell C.T., Sellers J.R.V. // Chem. Rev. 2013. V. 113. P. 4106.
  21. King D.A. // Surf. Sci. 1975. V. 47. P. 384.
  22. Parmon V. Thermodynamics of non-equilibrium processes for chemists with a particular application to catalysis // Elsevier. 2010.
  23. Sidoumou M., Panella V., Suzanne J. // J. Chem. Phys. 1998. V. 101. P. 6338.
  24. Schmid M., Parkinson G.S., Diebold U. // ACS Phys. Chem. Au. 2023. V. 3. P. 44.
  25. Sprowl L.H., Campbell C.T., Árnadóttir L. // J. Phys. Chem. C. 2017. V. 121. P. 9655.
  26. Sprowl L.H., Campbell C.T., Árnadóttir L. // Ibid. 2016. V. 120. P. 9719.
  27. Banerjee A., Vithusha T., Krishna B.B. et al. // Bioresour. Technol. 2021. V. 340. P. 125534.
  28. Vyazovkin S., Burnham A.K., Favergeon L. et al. // Thermochim. Acta. 2020. V. 689. P. 178597.
  29. Luzina E.V., Shamanaeva I.A., Parkhomchuk E.V. // Pet. Chem. 2021. V. 61. P. 807.
  30. Veselovskaya J.V., Parunin P.D., Netskina O.V. et al. // Energy. 2018. V. 159. P. 766.
  31. Semeykina V.S., Polukhin A.V., Lysikov A.I. et al. // Catal. Letters. 2019 V. 3. P. 513.
  32. Parkhomchuk E.V., Fedotov K.V., Lysikov A.I. et al. // Catal. Ind. 2022. V. 14. P. 86.
  33. Dormand J.R., Prince P.J. // J. Comput. Appl. Math. 1980. V. 6. P. 19.
  34. Shampine L.F., Reichelt M.W., Sci S.J. // Soc. Ind. Appl. Math. 1997. V. 18. P. 1.
  35. Ламберов А.А., Халилов И.Ф., Ильясов И.Р. и др. // Вестн. Казанского Технологического Университета. 2011. № 13. С. 24
  36. Ye Y.L., Fu M.Q., Chen H.L. et al. // J. Fuel Chem. Technol. 2020. V. 48. P. 311.
  37. Efstathiou A.M., Fliatoura K. // Appl. Catal. B, Environ. 1995. V. 6. P. 35.
  38. Guo R., Zhou Y., Pan W. et al. // J. Ind. Eng. Chem. 2013. V. 19. P. 2022.
  39. Zhdanov V.P., Pavlicek J., Knor Z. // Catal. Rev. – Sci. Eng. 1988. V. 30. P. 501.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Оценка изменения потенциала Гиббса для процесса обратимой десорбции аммиака с низкотемпературных центров оксида алюминия в сравнении с порогом обратимости реакции [18].

Скачать (73KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дифрактограммы исследуемых образов: силикалита–1 (Sil–1) (а) и оксида алюминия (Yar-800) (б). Данные сравнения (синий) взяты из COD для структурного типа MFI цеолита и ICDD PDF-2 для γ-Al2O3.

Скачать (138KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кривые ТПД аммиака исследуемых образцов.

Скачать (75KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние различных параметров кинетического уравнения на общий вид кинетической кривой: наблюдаемого порядка (a); предэкспоненциального множителя (приведенной частоты вдоль координаты десорбции) (б); энергии активации десорбции (в); интегральной кислотности (г).

Скачать (370KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Инициализация параметров из базы данных, где подбирается участок кинетических кривых, наилучшим образом подходящий под максимальную скорость десорбции (а), а после выбирается кривая с наибольшим коэффициентом детерминации (синяя линия) (б).

Скачать (286KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Инициализация кинетических параметров для кривой ТПД γ-оксида алюминия Yar-800, подбор параметров первой кривой из базы данных с проверкой сходимости модели (а) и добавлением дополнительной кинетической кривой из-за низкого значения R2 после подстановки первой кривой (б).

Скачать (340KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Блок-схема алгоритма подбора параметров кинетической модели ТПД NH3.

Скачать (431KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Кривые ТПД аммиака для образцов ZD-07031 (а) и Sil–1 (б) с деконволюцией посредством предложенной кинетической модели.

Скачать (156KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Кривые ТПД аммиака образцов A1 (а), Yar-700 (б) and Yar-800 (в) с деконволюцией посредством предложенной кинетической модели.

Скачать (303KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Особенности протекания поверхностной диффузии молекул аммиака и их десорбции с Льюисовских (а, б) и Бренстедовских (в, г) кислотных центров.

Скачать (237KB)
Метаданные
12. Дополнительные материалы
Скачать (334KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025