Abstract
Жұмыста метанды терең тотықтыруға арналған асыл металдарсыз, қолжетімді әрі жоғары тиімді Co–Mg оксидті катализаторлар синтезделді. Катализаторлар магний және кобальт нитраттарын термиялық ыдырату және кейін 300–1300 °C аралығындағы температураларда күйдіру арқылы алынды. Co:Mg мольдік қатынастары 2:1 және 1:1 болатын үлгілер зерттелді. Рентгендік дифракциялық талдау көмегімен күйдіру температурасының шпинельдік фазалардың (MgCo₂O₄ немесе Co₃O₄) және кубтық (Co,Mg)O қатты ерітіндісінің фазалық құрамына, кристалдық тор параметрлеріне және кристаллит өлшемдеріне әсері анықталды. 800 °C-қа дейін шпинельдік құрылымның басым болатыны, ал 900 °C-тан жоғары температурада оның ыдырап, кубтық қатты ерітінді түзетіні көрсетілді. Каталитикалық белсенділік CH₄:O₂:Ar = 5:30:65 көлемдік қатынасындағы қоспада метанды терең тотықтыру реакциясында бағаланды. Каталитикалық қасиеттер фазалық құрам мен күйдіру температурасына едәуір тәуелді болды. Ең жоғары нәтиже Co:Mg = 1:1 қатынасындағы 600 °C-та күйдірілген үлгі үшін алынып, метан конверсиясы 96,6%-ды құрады. Күйдіру температурасы жоғарылаған сайын активтену энергиясының артуы белсенді шпинельдік фазаның белсенділігі төмен қатты ерітінді фазасына айналуымен байланысты болды. Катализаторлардың жоғары белсенділігі Co³⁺/Co²⁺ тотығу-тотықсыздану жұбымен және торлық оттегінің қозғалғыштығымен, яғни Марс–ван Кревелен механизмімен түсіндіріледі. 1100 °C температуралық әсерге ұшыраған үлгілер кейінгі тотығутотықсыздану циклінен соң фазалық құрамын ішінара қалпына келтірді, бұл олардың елеулі термиялық тұрақтылығын көрсетеді. Күйдіру температурасының жоғарылауымен меншікті бет ауданы 14,9-дан 2,8 м²/г-ға дейін төмендеді және каталитикалық белсенділікпен тікелей байланыс көрсетті, ал активтену энергиясы 62,1–99,2 кДж/моль аралығында өзгерді. Нәтижелер Co–Mg оксидті жүйелердің метан бар газдарды тазартуға арналған тиімді әрі салыстырмалы түрде арзан катализаторлар ретінде перспективалы екенін көрсетті.