STRUCTURAL FEATURES OF MIXED LA-AL-OXIDES AND STABILITY OF THEIR CATALYTIC PROPERTIES IN OXIDATIVE COUPLING OF METHANE
Authors: ВАСЮТИН П. Р. , СИНЁВ М. Ю. , ЛАГУНОВА Е. А. , ГОРДИЕНКО Ю. А. , ИВАКИН Ю. Д. 
Published: September 2024

Исследованы каталитические свойства в процессе окислительной конденсации метана (ОКМ) и особенности структуры ряда образцов смешанных оксидов лантана и алюминия с постоянным атомным соотношением La:Al = 1: 1. Образцы получали на основе предшественников, содержащих нитраты La и Al, а также органический компонент - фильтровальную бумагу или крахмал. После сушки и выжигания органического компонента образцы подвергали дополнительной термообработке и воздействию водного флюида (ВФ) с плотностью 0,2 г/см3 при 415 °С. После прокаливания при 900 °С все полученные образцы содержат фазу алюмината лантана LaAlO3 со структурой кубического перовскита. Варьирование типа органического компонента, а также последовательности процедур и условий обработки приводит к получению образцов, имеющих различную морфологию и каталитические свойства. Минимальную активность, селективность по продуктам ОКМ и стабильность во времени проявляет образец, полученный в условиях, способствующих формированию наиболее упорядоченной структуры - последовательно прокаленный при 900 °С, обработанный в среде ВФ и повторно прокаленный при 900 °С. Наиболее эффективным и стабильным оказался образец, кристаллическая структура которого формировалась, главным образом, в среде ВФ. Отмечено отсутствие корреляции между морфологией частиц и величиной удельной поверхности образцов, с одной стороны, и их каталитическими свойствами - с другой. Сделано предположение о том, что каталитические свойства определяются типом и числом точечных дефектов кристаллической структуры - в первую очередь, катионных вакансий и, как следствие, дырочных центров типа [O¯] в анионной подрешетке.

The catalytic properties in the oxidative coupling of methane (OCM) and the structural features of a series of mixed lanthanum-aluminum oxides with a constant atomic ratio La:Al = 1:1 were studied. The samples were prepared from precursors containing La and Al nitrates and organic component - filter paper or starch. After drying and burning the organic component, the samples were subjected to additional heat treatment and exposure to water fluid (WF) with a density of 0.2 g cm-3 at 415 °C. After calcination at 900 °C, all the samples contain a phase of lanthanum aluminate LaAlO3 with a cubic perovskite structure. Varying the type of organic component, as well as the sequence of procedures and processing conditions leads to the production of samples with different morphologies and catalytic properties. The minimum activity, selectivity for OCM products and stability over time is demonstrated by the sample obtained under conditions conducive to the formation of the most ordered structure - successively calcined at 900 °C, treated in a WF medium and re-calcined at 900 °C. The most efficient and stable turned out to be the sample whose crystal structure was formed mainly in the WF medium. It was noted that there is no correlation between the morphology of particles and the specific surface area of the samples, on the one hand, and their catalytic properties, on the other. It was assumed that the catalytic properties are determined by the type and number of point defects in the crystal structure - primarily cation vacancies and, as a consequence, hole centers of the [O¯] type in the anion sublattice.