Investigation into catalytic activity of transition metal-aluminum oxide systems in toluene combustion

Celem pracy była synteza mezoporowatego tlenku glinu który miał posłużyć jako nośnik katalizatorów do reakcji spalania toluenu. Z użyciem templatów organicznych otrzymano 5 nośników Al2O3, oraz 1 nośnik ZrO2-Al2O3 o stosunku molowym Zr/Al równym 0,4 (XRF). Syntezy przeprowadzano z użyciem kopolimerów blokowych Pluronic P-123 i F-127. Jako odnośnik wykorzystano Al2O3 strącony w pH=9. Sprawdzono stabilność termiczną próbek, oraz właściwości strukturalne i teksturalne. Na podstawie badań XRD stwierdzono, że próbki glinowe kalcynowane w 600˚C są amorficzne, w 900˚C występują jako γ-Al2O3, zaś próbki cyrkonowo – glinowe wygrzewane w 600˚C także są amorficzne, w 700˚C zawierają amorficzny Al2O3 i tetragonalny ZrO2, w 900˚C składają się z γ-Al2O3 i t-ZrO2, natomiast strącony przy pH=9 tlenek glinu kalcynowany w 550˚C krystalizował jako γ-Al3O3. Miedziową fazę aktywną nanoszono metodą chemisorpcji-hydrolizy (CH) i metodą impregnacji pierwszej wilgotności, w założeniu miała ona stanowić 10% masy katalizatora, badania XRF wykazały, że zawierała się w zakresie 8,6 - 16,5%. Powierzchnia właściwa katalizatorów mieściła się w przedziale 49-236 m2/g, a objętość porów 0,09-0,62 cm3/g. 13 próbek poddano testom katalitycznym w reakcji całkowitego spalania toluenu. Najlepszym katalizatorem Cu/Al2O3 był Cu/AlpH9_550 (CH) (T50 = 314 ˚C, oraz T100 = 400˚C), który zawierał 9,9% Cu w postaci amorficznej, aktywność katalityczna tych katalizatorów rosła wraz ze wzrostem ich powierzchni właściwej i całkowitej objętości porów. Natomiast najlepszym katalizatorem Cu/ZrO2-Al2O3 był Cu/ZrAl7III_900 (CH) (T50 = 340, oraz T100 = 450) o 10,1% zawartości Cu w postaci krystalicznego CuO o średniej wielkości krystalitów 5,9 nm.

The aim of the study was the synthesis of mesoporous alumina which was used as a support of the catalysts to the reaction of toluene combustion. Using organic templates five alumina supports and one zirconia-alumina support with molar ratio Zr/Al about 0,4 (XRF) were obtained. Al2O3 precipitated at pH=9 was used as a reference. As templates Pluronic P-123 and F-127 block copolymers were applied. Thermal stability, structure and texture of samples were tested. XRD data revealed that samples of alumina calcined at 600˚C were amorphous and at 900˚C crystalized as γ-Al2O3, samples of zirconia-alumina calcined at 600˚C were amorphous, at 700˚C contained amorphous Al2O3 and tetragonal ZrO2, at 900˚C were consisted of γ-Al2O3 and t-ZrO2, precipitated at pH=9 alumina crystalized as γ-Al2O3 at 550˚C. Copper active phase (about 10% wt.) was deposited by chemisorption hydrolysis method (CH) and by incipient wetness impregnation, XRF studies have shown that Cu content was in the range 8.6 – 16.5%. The surface area of catalysts were in the range of 49 - 236 m2/g, and total pore volume between 0.09 – 0.62 cm3/g. Thirteen samples were tested in toluene combustion tests. The best catalyst for Cu/Al2O3 was Cu/AlpH9_550 (CH) with 50% conversion of toluene at 314 ˚C, and 100% toluene conversion at 400˚C, which contained 9,9% of amorphous Cu, catalyst activity of samples grows with increasing surface area and total pore volume. For Cu/ZrO2-Al2O3 the best catalyst was Cu/ZrAl7III_900 (CH) which achieved 50% conversion of toluene at 340 ˚C, and 100% conversion of toluene at 450˚C , with 10,1% of Cu which crystallized as CuO (5.9 nm average crystallite size).