Повышенное образование кислотообразующих продуктов в синтезе Фишера–Тропша на Fe-сплавах с содержанием Co и/или Ni: характеристика и анализ продуктов с помощью 2D газовой хроматографии

Сплавы переходных металлов привлекают значительное внимание в гетерогенном катализе, поскольку они могут сочетать преимущества входящих в их состав металлов и, следовательно, представлять выгодные возможности для целенаправленного проектирования катализаторов. В настоящем исследовании изучается влияние атомов Co и Ni, вводимых в структуру феррита (Fe3O4), используемого в качестве прекурсора катализатора для среднетемпературного синтеза Фишера–Тропша (MTFT), с целью повышения селективности на кислотообразующие продукты. Ферриты были синтезированы методом совместного осаждения и подробно охарактеризованы до и после воздействия условий MTFT с использованием как традиционных экс ситу, так и современных ин ситу методов. Сложный спектр продуктов MTFT был проанализирован сочетанием офлайн одномерной и онлайн двумерной газовой хроматографии; последняя использовалась специально для исследования образования минорных соединений, таких как кислотообразующие продукты, которые часто игнорируются в литературе. Ин ситу рентгеновская дифракция и магнитометрия не выявили заметных изменений в поведении восстановления ферритов с субституцией кобальтом, тогда как замещение никелем резко снизило температуру восстановления с 315 до 250 °C, что, вероятно, связано с повышенной активностью Ni по диссоциации водорода. Активность (конверсия CO) в MTFT увеличивалась в порядке Fe ≪ CoFe < NiFe < CoNiFe. Включение Co и Ni в состав катализаторов уменьшает склонность к отложению неактивного углерода. Введение Ni в частности приводит к значительному сдвигу селективности в сторону меньшей средней длины углеродной цепи, сниженной олефиновой насыщенности и повышенной активности водяно-газовой сдвиговой реакции. Интересно, что эти сдвиги сопоставимы с увеличением селективности или выхода C2+ кислотообразующих продуктов на 76% или 170% соответственно. Возрастание активности гидрирования у замещённых (т.е. с Co и/или Ni) Fe-основанных катализаторов играет критическую роль в активности синтеза Фишера–Тропша и селективности по различным классам продуктов (парафины, олефины и кислотообразующие продукты), и представленные здесь результаты дают ценные сведения, важных для дальнейшей разработки и оптимизации FT-катализаторов.