Парциальное окисление и разложение метанола на структурированных металлооксидных Cu–Zn–Ce-содержащих катализаторах

Abstract

Показано, що металооксидні каталізатори Cu–ZnO і Cu–ZnO–CeO₂ на структурованих монолітних носіях Al₂O₃/кордієрит забезпечують утворення водню з селективністю і виходом близько 90 % і вище в процесах парціального окиснення і, відповідно, розкладу метанолу. Роль ключового каталітичного компоненту (бінарних Cu–ZnO композицій) щодо парціального окиснення субстрату відіграє оксид цинку, який забезпечує високі показники селективності і виходу по водню. Стосовно розкладу метанолу оксиди міді та цинку (в складі CuO–ZnO–CeO₂/Al₂O₃/кордієрит) виконують функцію промотуючих добавок, що знижують температуру повної конверсії субстрату, мінімізують утворення побічного продукту метану. Натомість роль ключового компоненту відіграє діоксид церію, що стабілізує роботу каталізатора — перешкоджає відкладенню вуглецю на поверхні, сприяючи утворенню водню з виходом 85—96 %. Виявлено неадитивний ефект зниження селективності по СО (побічного продукту парціального окиснення метанолу) в присутності каталізатора Cu–ZnO/Al₂O₃/кордієрит у зіставленні зі зразками на основі індивідуальних активних компонентів — міді і оксиду цинку.

Показано, что металлооксидные катализаторы Cu–ZnO и Cu–ZnO–CeO₂ на структурированных монолитных носителях Al₂O₃/кордиерит обеспечивают образование водорода с селективностью и выходом около 90 % и выше в процессах парциального окисления и, соответственно, разложения метанола. Роль ключевого каталитического компонента (бинарных Cu–ZnO композиций) в отношении парциального окисления субстрата играет оксид цинка, который обеспечивает высокие показатели селективности и выхода по водороду. Относительно разложения метанола оксиды меди и цинка (в составе CuO–ZnO–CeO₂/Al₂O₃/кордиерит) выполняют функцию промотирующих добавок, снижающих температуру полной конверсии субстрата, минимизирующих образование побочного продукта метана. В то же время роль ключевого компонента играет диоксид церия, который стабилизирует работу катализатора — препятствует отложению углерода на поверхности, способствуя образованию водорода с выходом 85—96 %. Обнаружен неаддитивний эффект снижения селективности по СО (побочного продукта парциального окисления метанола) в присутствии катализатора Cu–ZnO/ Al₂O₃/кордиерит в сопоставлении с образцами на основе индивидуальных активных компонентов — меди и оксида цинка.

It is shown that metal oxide catalysts Cu–ZnO and Cu–ZnO–CeO₂ on structured monolithic carriers Al₂O₃/cordierite provide production of hydrogen with selectivity and a yield about 90 % and above in processes of partial oxidation and, accordingly, decomposition of methanol. Сoncerning partial oxidation of methanol, zinc oxide (as a constituent of binary Cu–ZnO compositions) plays a role of a key catalytic component — provides high indices of selectivity and a yield with respect to hydrogen. With respect to methanol decomposition, copper and zinc oxides (in CuO–ZnO–CeO₂/Al₂O₃/cordierite) carry out function of promoting additives reducing temperature of full conversion of the substrate, minimizing formation of methane as a by-product. At the same time, ceria plays a role of a key component which stabilizes catalyst work — prevents deposition of carbon on a surface, providing production of hydrogen with a yield of 85—96 %. A non-additive effect of decrease in selectivity concerning CO (by-product in partial oxidation of methanol) on binary Cu–ZnO-composition, as compared with the samples based on individual components Cu and ZnO, is found.