Изучение закономерностей жидкофазного разложения Н₂О₂ на закрепленных на сибуните палладиевых катализаторах (Pd(II)/C)

Охарактеризованы твердофазные катализаторы, представленные закрепленным на поверхности Сибунита оксидом палладия(II), с содержанием Pd 0.09-0.92 мас. %. Текстурные характеристики катализаторов определены из изотерм низкотемпературной (-196ºС) физической адсорбции азота. Состояние палладия на поверхности Сибунита в форме Pd(II) установлено методами рентгенофазового анализа и рентгенофотоэлектронной спектроскопии, а также температурно-программированной реакцией с Н₂. Скорость реакции каталитического разложения Н₂О₂ при 25-70ºС измерена волюмометрическим методом. На основании экспериментальных кинетических результатов и данных по влиянию ДМСО (ингибитора радикально-цепных реакций с участием гидроксильных радикалов) на кинетику разложения Н₂О₂ на поверхности катализатора 0.46% Pd(II)/С предложен молекулярный механизм реакции на поверхности исследуемых катализаторов с лимитирующей стадией диссоциации пероксида. Определены значения кинетических параметров.

пероксид водорода, каталитическое разложение, закрепленные катализаторы Pd(II)/C

1. Jia C., Miiller P., Mimoun H. Palladium-catalyzed allylic acetoxylation of olefins using hydrogen peroxide as oxidant // J. Mol. Catalysis A: Chemical. 1995. V. 101. №. 2. P. 127-136.

2. Reilly C.R., Lerou J.J. Oxidation with no-redox oxides: ammoximation of cyclohexanone on amorphous silicas // Catalysis Today. 1998. V. 41. №. 4. P. 433-455.

3. Stahl S.S. Palladiumoxidasekatalyse: selektive Oxidation durch direkte disauerstoffgekoppelte Umsetzung // Angew. Chem. 2004. V. 116. №. 26. P. 3480-3501.

4. Piera J., Backvall J.-E. Katalytische Oxidation von organischen Substraten durch molekularen Sauerstoff undWasserstoffperoxid uber einen mehrstufigen Elektronentransfer - ein biomimetischer Ansatz// Angew. Chem. 2008. V. 120. №. 19. P. 3558-3576.

5. Rajagopalan A., Lara M., Kroutil W. Oxidative alkene cleavage by chemical and enzymatic methods // Adv. Synthesis & Catalysis. 2013. V. 355. №. 17. P. 3321-3335.

6. Centia G., Misono M. New possibilities and opportunities for basic and applied research on selective oxidation by solid catalysts: an overview // Catalysis Today. 1998. V. 41. P. 287-296.

7. Плаксин Г.В. Пористые углеродные материалы типа Сибунита // Химия в интересах устойчивого развития. 2001. №. 9. С. 609-620.

8. Полянская Е.М. Исследование катализаторов на основе наноразмерных углеродных материалов в реакциях глубокого жидкофазного окисления органических субстратов кислородом и пероксидом водорода: автореф. дис. …канд. хим. наук. Новосибирск: ИК СО РАН, 2011. 20 c.

9. Лапко В.Ф., Герасимюк И.П., Куць В.С., Тарасенко Ю.А. Активационные характеристики процесса разложения Н2О2 на палладий-углеродных катализаторах // Журн. физ. химии. 2010. Т. 84. № 6. С. 1043-1049.

10. Мурзин Д.Ю., Кубицкова И., Сноре М., Мяки-Арвела П., Мюллюойя Ю. Способ промышленного получения углеводородов: пат. 2397199 Рос. Федерация № 2007130918/04 заявл. 20.02.2009; опубл. 20.08.2010.

11. Choudhary V.R., Gaikwad A.G. Kinetics of hydrogen peroxide decomposition in aqueous sulfuric acid over palladium/carbon: effect of acid concentration // Reaction Kinetics and Catalysis Lett. 2003. V. 80. № 1. P. 27-32.

12. Blanco-Brieva G., Cano-Serrano E., Campos-Martin J.M., Fierro J.L.G. Direct synthesis of hydrogen peroxide solution with palladium-loaded sulfonic acid polystyrene resins.// Chem. Commun. 2004. V. 10. P. 1184-1185.

13. Blanco-Brieva G., Campos-Martin J.M., De Frutos M.P., Fierro J.L.G. Some insights on the negative effect played by silylation of functionalized commercial silica in the direct synthesis of hydrogen peroxide // Catalysis Today. 2010. V. 158. № 1-2. P. 97-102.

14. Zhao J., Zhou J., Su J., Wang X., Gong W. Propene epoxidation with in-site H2O2 produced by H2/O2 non-equilibrium plasma // American Institute of Chemical Engineers Journal. 2007. V. 53. № 12. P. 3204-3209.

15. Трусов Л.И., Гордиенко А.А., Прокудина Н.А. Современные аспекты каталитической переработки возобновляемой высокоэнергонасыщенной биомассы в моторные топлива и другие ценные продукты // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 2. URL: http://www.science-education.ru/108-8728 (дата обращения: 02.04.2013).

16. Моисеева Н.И., Гехман А.Е., Минин В.В., Ларин Г.М., Баштанов М.Е., Красновский А.А., Моисеев И.И. Система свободный радикал/синглетный дикислород в условиях катализируемого разложения пероксида водорода // Кинетика и катализ. 2000. Т. 41. № 2. С. 191-204.

17. Потехин В.В., Соловьева С.Н., Потехин В.М. Кинетика и механизм разложения пероксида водорода в присутствии тетрааквакомплекса палладия(II) // Изв. АН. Сер. хим. 2005. № 5. С. 1077-1083.

18. Талзи Е.П. Ключевые интермедиаты селективного окисления // Соросовский образовательный журнал. 2000. Т. 6. № 7. С. 35-41.

19. Холдеева О.А. Селективное жидкофазное окисление молекулярным кислородом и пероксидом водорода в присутствии катализаторов «ион металла в неорганической матрице»: дис. …докт. хим. наук. Новосибирск: ИК СО РАН, 2006. 352 с.

20. Семиколенов В.А. Современные подходы к приготовлению катализаторов "палладий на угле" // Успехи химии. 1992. Т. 61. В. 2. С. 320-331.

21. Brunauer S., Emmett P.H., Teller E. Adsorption of gases in multimolecular layers // J. Amer. Chem. Soc. 1938. V. 60. P. 309-319.

22. Заграфская Р.В., Карнаухов А.П., Фенелонов В.Б. Глобулярная модель пористых тел корпускулярного строения. III. Исследование случайных и частичноупорядоченных упаковок шаров // Кинетика и катализ. 1975. Т. 16. № 6. С. 1583-1590.

23. Жилкина А.В., Гордиенко А.А., Прокудина Н.А., Трусов Л.И., Кузьмичева Г.М., Дулина Н.А., Савинкина Е.В. Определение размеров частиц высокодиспресных материалов с помощью низкотемпературной адсорбции азота // Журн. физ. химии. 2013. Т. 87. № 4. С. 685-691.

24. ISO 15901-2 Pore size distribution and porosity of solid materials by mercury porosimetry and gas adsorption - Part 2: Analysis of mesopores and macropores by gas adsorption. ISO: Geneva, 2006. 30 p.

25. Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W., Moscou L., Pierotti R.A., Rouquerol J., Siemieniewska T. Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity // Pure & Appl. Chem. 1985. V. 57. №. 4. P. 603-619.

26. Грег С. (Gregg S.J.), Синг К. (Sing K.S.W.) Адсорбция, удельная поверхность, пористость (Adsorption, surface area and porosity). М.: Мир, 1984. 306 с.

27. Розанов В.В., Крылов О.В. Спилловер водорода в гетерогенном катализе // Успехи химии. 1997. Т. 66. № 2. С. 117-130.

28. Sermon P.A., Bond G.C. Hydrogen spillover // Catalysis Rev.: Sci. & Eng. 1974. V. 8. № 11. P. 211-239.

29. Zhou W., Lee J.Y. Particle size effects in Pd-catalyzed electrooxidation of formic acid // J. Phys. Chem: C. 2008. V. 112. № 10. P. 3789-3793.

30. Lee Y., Lee Ch., Yoon Y. Kinetics and mechanisms of DMSO (dimethylsulfoxide) degradation by UV/H2O2 process // Water Res. 2004. V. 38. № 10. P. 2579-2588.

31. Talsi E.P., Babenko V.P., Likholobov V.A., Nekipelov V.M., Chinakov V.D. A new superoxo-complex of palladium that oxidizes alkenes to epoxide // J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1985. № 24. | P. 1768-1769.

32. Talsi E.P., Babenko V.P., Shubin A.A., Сhinakov V.D., Nekipelov V.M., Zamaraev K.I. Formation, structure, and reactivity of palladium superoxo complexes // Inorgan. Chem. 1987. V. 26. № 23. P. 3871-3878.

33. Filatov M.J., Talsi E.P., Gritsenko O.V., Zhidomirov G.M., Zamaraev K.I. Palladium superoxido complexes. In what way (σ or π) is O2- co-ordinated? A quantum chemical approach // J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1990. № 11. P. 3265-3269.

34. Ono Y., Matsumura T., Kitajima N., Fukurumi S.-I. Formation of superoxide ion during the decomposition of hydrogen peroxide on supported metals // J. Phys. Chem. 1977. V. 81. № 13. P. 1307-1311.

35. Kitajima N., Fukuzumi S.-I., Ono Y. Formation of superoxide ion during the decomposition of hydrogen peroxide on supported metal oxides // J. Phys. Chem. 1978. V. 82. № 13. P. 1505-1509.

36. Suh M., Bagus P.S., Pak S., Rosynek, Lunsford J.H. Reactions of hydroxyl radicals on titania, silica, alumina, and gold surfaces // J. Phys. Chem.: B. 2000. V. 104. № 12. P. 2736-2742.

37. Hiroki A., LaVerne J.A. Decomposition of hydrogen peroxide at water-ceramic oxide interfaces // J. Phys. Chem: B. 2005. V. 109. № 8. P. 3364-3370.