From Chemistry Towards Technology Step-By-Step From Chemistry Towards Technology Step-By-Step От химии к технологии шаг за шагом 2782-1900 84174 10.52957/2782-1900-2024-5-2-69-76 Научные статьи Scientific articles Научные статьи E`lektroprovodnost` poliferrita kaliya, legirovannogo dvuxzaryadny`mi kationami Электропроводность полиферрита калия, легированного двухзарядными катионами Дворецкая Александра Николаевна Dvoretskaya Alexandra Nikolaevna dvoretskayaaleksandra@mail.ru Аниканова Любовь Германовна Anikanova Lyubov Germanovna anikanoval@mail.ru

кандидат химических наук;

candidate of chemical sciences;

 Судзиловская Татьяна Николаевна Sudzilovskaya Tatiana Nikolaevna sudzilovskayatn@mail.ru

кандидат химических наук;

candidate of chemical sciences;

 Малышева Зоя Геннадьевна Malysheva Zoya Gennad'evna malyshevazg@mail.ru

кандидат химических наук;

candidate of chemical sciences;

 Дворецкий Николай Витальевич Dvoretskii Nikolay Vitalievich dvoretskiin@mail.ru

доктор химических наук;

doctor of chemical sciences;

 Ярославский государственный технический университет Yaroslavl State Technical University 24 06 2024 24 06 2024 5 2 69 76 13 05 2024 22 05 2024 https://chemintech.ru/en/nauka/article/84174/view

С целью выяснения механизма зарядовой компенсации и способа размещения легирующих добавок были синтезированы образцы βʺ-полиферритов калия с широким диапазоном мольной доли вводимых двухзарядных катионов. Для данных образцов измеряли электронную проводимость, катионную проводимость, проводили рентгенофазовый анализ (РФА). Выявлен механизм зарядовой компенсации в β″-полиферрите калия при легировании двухзарядными ионами кальция, стронция, магния, цинка. Механизмы зарядовой компенсации различаются в зависимости от радиуса вводимого двухзарядного иона. Результаты измерения катионной проводимости β″-полиферритов калия показали, что крупные катионы кальция и стронция снижают подвижность ионов калия. Такие добавки не только перспективны для повышения механической прочности и термостабильности гранул катализатора, но и увеличивают химическую устойчивость гранул контакта. Коррозионная стойкость гранул является критическим параметром, определяющим срок эффективного функционирования катализатора. Данные по электронной проводимости позволяют заключить, что внедрение катионов Mg2+, Zn2+ резко снижает электронный обмен в структуре β″-полиферрита калия, что неизбежно должно привести к дезактивации катализатора, в то время как ионы Са2+ и Sr2+ не снижают скорость переноса электронов. Использование предлагаемого подхода позволит интенсифицировать исследовательский процесс.

С целью выяснения механизма зарядовой компенсации и способа размещения легирующих добавок были синтезированы образцы βʺ-полиферритов калия с широким диапазоном мольной доли вводимых двухзарядных катионов. Для данных образцов измеряли электронную проводимость, катионную проводимость, проводили рентгенофазовый анализ (РФА). Выявлен механизм зарядовой компенсации в β″-полиферрите калия при легировании двухзарядными ионами кальция, стронция, магния, цинка. Механизмы зарядовой компенсации различаются в зависимости от радиуса вводимого двухзарядного иона. Результаты измерения катионной проводимости β″-полиферритов калия показали, что крупные катионы кальция и стронция снижают подвижность ионов калия. Такие добавки не только перспективны для повышения механической прочности и термостабильности гранул катализатора, но и увеличивают химическую устойчивость гранул контакта. Коррозионная стойкость гранул является критическим параметром, определяющим срок эффективного функционирования катализатора. Данные по электронной проводимости позволяют заключить, что внедрение катионов Mg2+, Zn2+ резко снижает электронный обмен в структуре β″-полиферрита калия, что неизбежно должно привести к дезактивации катализатора, в то время как ионы Са2+ и Sr2+ не снижают скорость переноса электронов. Использование предлагаемого подхода позволит интенсифицировать исследовательский процесс.

 полиферрит промотор двухзарядный катион зарядовая компенсация электронная проводимость катионная проводимость железооксидный катализатор

Joseph Y., Ketteler G., Kuhrs C., Ranke W., Weiss W., Schlögl R. On the Preparation and Composition of Potassium Promoted Iron Oxide Model Catalyst Films // Phys. Chem. Chem. Phys. 2001. Vol. 18, nо. 3. Р. 4141 4153. DOI: 10.1039/B104263G. Joseph Y., Ketteler G., Kuhrs C., Ranke W., Weiss W., Schlögl R. On the Preparation and Composition of Potassium Promoted Iron Oxide Model Catalyst Films // Phys. Chem. Chem. Phys. 2001. Vol. 18, no. 3. R. 4141 4153. DOI: 10.1039/B104263G. Ketteler G., Ranke W., Schlögl R. Potassium-Promoted Iron Oxide Model Catalyst Films for the Dehydrogenation of Ethylbenzene: An Example for Complex Model Systems // Journal of Catalysis. 2002. Vol. 212, nо. 1. P. 104-111. URL: https://doi.org/10.1006/jcat.2002.3785 Ketteler G., Ranke W., Schlögl R. Potassium-Promoted Iron Oxide Model Catalyst Films for the Dehydrogenation of Ethylbenzene: An Example for Complex Model Systems // Journal of Catalysis. 2002. Vol. 212, no. 1. P. 104-111. URL: https://doi.org/10.1006/jcat.2002.3785 Дворецкий Н.В., Аниканова Л.Г., Малышева З.Г. Типы активных центров на поверхности промотированного железооксидного катализатора // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2018. Т. 61, № 6. С. 61-68. URL: http://dx.doi.org/10.6060/tcct.20186106.5658 Dvoreckiy N.V., Anikanova L.G., Malysheva Z.G. Tipy aktivnyh centrov na poverhnosti promotirovannogo zhelezooksidnogo katalizatora // Izv. vuzov. Himiya i him. tehnologiya. 2018. T. 61, № 6. S. 61-68. URL: http://dx.doi.org/10.6060/tcct.20186106.5658 Kotarba A., Kruk I., Sojka Z. Energetics of Potassium Loss from Styrene Catalyst Model Components: Reassignment of K Storage and Release Phases // Journal of Catalysis. 2002. Vol. 211, nо. 1. P. 265-272. URL: https://doi.org/10.1006/jcat.2002.3725 Kotarba A., Kruk I., Sojka Z. Energetics of Potassium Loss from Styrene Catalyst Model Components: Reassignment of K Storage and Release Phases // Journal of Catalysis. 2002. Vol. 211, no. 1. P. 265-272. URL: https://doi.org/10.1006/jcat.2002.3725 Аниканова Л.Г., Дворецкий Н.В. Стабилизация щелочных промоторов в структуре железооксидных катализаторов дегидрирования // Катализ в промышленности. 2016. Т. 16, № 1. С. 29-36. URL: http://dx.doi.org/10.18412/1816-0387-2016-1-29-36 Anikanova L.G., Dvoreckiy N.V. Stabilizaciya schelochnyh promotorov v strukture zhelezooksidnyh katalizatorov degidrirovaniya // Kataliz v promyshlennosti. 2016. T. 16, № 1. S. 29-36. URL: http://dx.doi.org/10.18412/1816-0387-2016-1-29-36 Kotarba A., Rożek W., Serafin I., Sojka Z. Reverse Effect of Doping on Stability of Principal Components of Styrene Catalyst: KFeO2 and K2Fe22O34 // Journal of Catalysis. 2007. Vol. 247, nо. 2. P. 238-244. URL: https://doi.org/10.1016/j.jcat.2007.02.009 Kotarba A., Rożek W., Serafin I., Sojka Z. Reverse Effect of Doping on Stability of Principal Components of Styrene Catalyst: KFeO2 and K2Fe22O34 // Journal of Catalysis. 2007. Vol. 247, no. 2. P. 238-244. URL: https://doi.org/10.1016/j.jcat.2007.02.009 Meima G.R., Menon P.G. Catalyst Deactivation Phenomena in Styrene Production // Applied Catalysis A: General. 2001. Vol. 212. P. 239-245. URL: https://ru.scribd.com/document/342010350/Catalyst-Deactivation-Phenomena-in-Styrene Meima G.R., Menon P.G. Catalyst Deactivation Phenomena in Styrene Production // Applied Catalysis A: General. 2001. Vol. 212. P. 239-245. URL: https://ru.scribd.com/document/342010350/Catalyst-Deactivation-Phenomena-in-Styrene Аниканова Л.Г., Дворецкий Н.В. Распределение щелочных промоторов в структуре железооксидного катализатора дегидрирования // Катализ в промышленности. 2012. № 4. С. 18-23. URL: https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/48/45 Anikanova L.G., Dvoreckiy N.V. Raspredelenie schelochnyh promotorov v strukture zhelezooksidnogo katalizatora degidrirovaniya // Kataliz v promyshlennosti. 2012. № 4. S. 18-23. URL: https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/48/45 Abe K., Ohshima M., Kurokawa H., Miura H. Effect of addition of Ce to Fe-K mixed oxide catalyst in dehydrogenation of ethylbenzene // Journal of the Japan Petroleum Institute. 2010. Vol. 53, nо. 2. P. 89-94. DOI: 10.1627/jpi.53.89. Abe K., Ohshima M., Kurokawa H., Miura H. Effect of addition of Ce to Fe-K mixed oxide catalyst in dehydrogenation of ethylbenzene // Journal of the Japan Petroleum Institute. 2010. Vol. 53, no. 2. P. 89-94. DOI: 10.1627/jpi.53.89. Abe K., Kano Yu., Ohshima M., Kurokawa H., Miura H. Effect of adding Mo to Fe-Ce-K mixed oxide catalyst on ethylbenzene dehydrogenation // Journal of the Japan Petroleum Institute. 2011. Vol. 54, nо. 5. P. 338-343. DOI: 10.1627/jpi.54.338. Abe K., Kano Yu., Ohshima M., Kurokawa H., Miura H. Effect of adding Mo to Fe-Ce-K mixed oxide catalyst on ethylbenzene dehydrogenation // Journal of the Japan Petroleum Institute. 2011. Vol. 54, no. 5. P. 338-343. DOI: 10.1627/jpi.54.338. Nariki S., Ito S., Uchinokura K., Yoneda N. Formation of -, -and -Alumina Type Ferrites in Rb2O Fe2O3 and Cs2O-Fe2O3 Systems and Ionic Conduction of - and - Phases // Journal of the Ceramic Society of Japan. 1988. Vol. 96, nо. 1110. P. 186-192. URL: https://doi.org/10.2109/jcersj.96.186 Nariki S., Ito S., Uchinokura K., Yoneda N. Formation of -, -and -Alumina Type Ferrites in Rb2O Fe2O3 and Cs2O-Fe2O3 Systems and Ionic Conduction of - and - Phases // Journal of the Ceramic Society of Japan. 1988. Vol. 96, no. 1110. P. 186-192. URL: https://doi.org/10.2109/jcersj.96.186 Аниканова Л.Г., Дворецкий Н.В. Влияние добавок двухзарядных ионов на активность и химическую устойчивость каталитически активных ферритов калия // Катализ в промышленности. 2020. Т. 20, № 1. С. 33-39. URL: https://doi.org/10.18412/1816-0387-2020-1-33-39 Anikanova L.G., Dvoreckiy N.V. Vliyanie dobavok dvuhzaryadnyh ionov na aktivnost' i himicheskuyu ustoychivost' kataliticheski aktivnyh ferritov kaliya // Kataliz v promyshlennosti. 2020. T. 20, № 1. S. 33-39. URL: https://doi.org/10.18412/1816-0387-2020-1-33-39 Бугаенко Л.Т., Рябых С.М., Бугаенко А.Л. Почти полная система средних ионных кристаллографических радиусов и её использование для определения потенциалов ионизации // Вестник моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2008. Т. 49, № 6. С. 363-384. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/pochti-polnaya-sistema-srednih-ionnyh-kristallograficheskih-radiusov-i-ee-ispolzovanie-dlya-opredeleniya-potentsialov-ionizatsii/viewer Bugaenko L.T., Ryabyh S.M., Bugaenko A.L. Pochti polnaya sistema srednih ionnyh kristallograficheskih radiusov i ee ispol'zovanie dlya opredeleniya potencialov ionizacii // Vestnik mosk. un-ta. Ser. 2. Himiya. 2008. T. 49, № 6. S. 363-384. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/pochti-polnaya-sistema-srednih-ionnyh-kristallograficheskih-radiusov-i-ee-ispolzovanie-dlya-opredeleniya-potentsialov-ionizatsii/viewer Дворецкая А.Н, Аниканова Л.Г., Судзиловская Т. Н., Малышева З. Г., Дворецкий Н.В. Формирование керамической структуры промотированного железооксидного катализатора // От химии к технологии шаг за шагом. 2023. Т. 4, № 3. С. 8-16. URL: https://doi.org/10.52957/2782-1900-2024-4-3-8-16 Dvoreckaya A.N, Anikanova L.G., Sudzilovskaya T. N., Malysheva Z. G., Dvoreckiy N.V. Formirovanie keramicheskoy struktury promotirovannogo zhelezooksidnogo katalizatora // Ot himii k tehnologii shag za shagom. 2023. T. 4, № 3. S. 8-16. URL: https://doi.org/10.52957/2782-1900-2024-4-3-8-16