Ключевые слова: смешанные оксиды, синтез, водный флюид, редкоземельные элементы, алюминаты, каталитическое окисление, окислительная конденсация метана
Изучено влияние способа синтеза смешанных оксидных систем Ln—Al (Ln—La, Ce, Pr) с атомным соотношением Ln : Al = 1 : 1 на формирование их фазового состава и каталитические свойства в реакции окисления метана. Предшественники готовили пропиткой беззольной фильтровальной бумаги смешанными растворами нитратов соответствующих металлов по водопоглощающей способности с последующей сушкой и сжиганием полученной массы на воздухе. Дальнейшую обработку проводили, совмещая прокаливание при 600 и 900 °С с обработкой в среде водного или водно-аммиачного флюида (ВФ или ВАФ). Закономерности превращения аморфного предшественника оксидов Pr—Al в средах ВФ и ВАФ и при высокотемпературном синтезе аналогичны полученным для системы La—Al. В обоих случаях аморфный предшественник в содержащем воду флюиде превращается в LnAlO3 со структурой кубического перовскита с примесью фаз AlO(OH) (бёмита) и основных карбонатов РЗЭ. Последующая обработка при 900 °С на воздухе приводит к образованию смеси, содержащей алюминаты LnAlO3 и свободные оксиды La2O3 или PrO2. Однофазные образцы, содержащие только алюминаты La и Pr, были получены путем нагревания аморфных предшественников при 900 °С на воздухе. При обработке в ВФ или ВАФ системы Ce—Al вместо алюмината или Ce-содержащих гидроксидов образуется хорошо окристаллизованный оксид CeO2, а Al-содержащий компонент остается рентгеноаморфным. CeAlO3 был получен обработкой смеси предшественников оксидов Ce и Al в токе водорода. Установлено что из-за различий в значениях 4-го потенциала ионизации (IP 4) атомов La, Ce и Pr (49,9, 36,7 и 39,0 эВ соответственно) для образования алюминатов со структурой перовскита формулы LnAlO3, содержащих РЗЭ в степени окисления (3+), требуются совершенно разные условия синтеза. Изучены каталитические свойства синтезированных образцов в процессе окисления метана. Эффективность и устойчивость изоструктурных алюминатов LnAlO3 в реакции окислительной конденсации метана (ОКМ) снижается в ряду La > Pr ≫ Ce. Хотя наиболее активен среди них PrAlO3, но LaAlO3 проявляет наибольшую селективность в образовании продуктов ОКМ (этан + этилен).
doi:10.34984/SCFTP.2024.19.4.002