Аннотация:Паровая конверсия этанола является основой будущей водородной энергетики, поэтому синтез катализаторов данной реакции является особенноактуальным в нынешнее время. Целью нашей работы был синтез допированного железом силиката лантана со структурой апатита (как электролита с высокойкислород-ионной проводимостью) и нанесение на его поверхность никелата празеодима со структурой Раддлсдена-Поппера Pr2NiO4. В работе изучалосьвлияние количества воды, использованной при синтезе предшественника – мезопористого SiO2, на свойства полученных катализаторов. Образец с меньшим количеством воды получил шифр 5-NP, а с большим – 20-NP (цифра показывает во сколько раз масса воды больше массы SiO2). В результате были получены образцы состава 6,3 масс. % NiO, 11,8 масс. % Pr4O7, 50,8 масс. % LaFeO3 и 31,1масс. % SiO2.По результатам РФА было установлено, что в образцах присутствует рентгеноаморфная фаза на основе апатита с выраженным гало в районе 23-39°по шкале 2θ, а также имеются характерные рефлексы фаз LaFeO3, Pr7O12 и NiO. Также было обнаружено, что образец 20-NP более рентгеноаморфен.Анализ удельной площади поверхности и пористости методами BET и BJH показал основные различия в структуре образцов. Образец 5-NP обладает Sуд.=37м2/г, а также имеет как мезопоры, так и микропоры, и макропоры. Образец 20-NP имеет Sуд.=52 м2/г, а также имеет только мезопоры в своей структуре.Метод термопрограммируемого изотопного обмена с использованием C18O2 показал, что 20-NP обладает более высокой объёмной подвижностьюкислорода: для него доля замещенного до 600 оС кислорода составила 31 %, а для 5-NP – 20%. В области низких температур обмен быстро идёт на смешанных оксидных фрагментах с катионами празеодима и никеля, в области среднихтемператур – со смешанным ферритом/никелатом лантана/празеодима, в областивысоких температур – с кислородом в силикате лантана/железа со структуройапатита. Для образца 20-NP также был рассчитан коэффициент диффузии порядка 10-16 см2/с при 427°C.Метод термопрограммируемого восстановления водородом (Н2-ТПВ) показал, что в интервале температур 150-900°C перекрываются 3-4 пика ТПВ, ииз 20-NP удаляется больше кислорода, чем из 5-NP.Образцы были испытаны в реакции паровой конверсии этанола при составе смеси 2 об. % EtOH +8 об. % H2O в He и времени контакта 10 мс. При550-650°С образцы работали стабильно с ростом конверсии EtOH от 35% до 60% с температурой и выходом водорода, определяемым сопряжением с реакцией паровой конверсии СО (Н2/СО=5÷4,5). В качестве побочного продуктанаблюдалось ~0.1% CH4. При 500°С происходило падение активности, связанноес зауглероживанием. Оптимальными условиями для стабильной работы катализатора являются его восстановление и проведение реакции при 600°C.Образец 5-NP при этом может стабильно работать лишь в течение 1,5 часов, адальше его активность снижается вследствие зауглероживания. Образец 20-NPспособен стабильно работать в данных условиях не менее 9 часов, что связано сбольшей реакционной способностью и подвижностью его кислорода.
