Cинтез композитов состава Co-Mn/диатомит методом низкотемпературного горения
https://doi.org/10.17277/jamt-2025-10-04-290-300
Аннотация
Энергоэффективным методом низкотемпературного горения получены Co-Mn-содержащие композиты на основе природного и активированного диатомита Утесайского месторождения (Республика Казахстан) в качестве носителя (матрицы). Активация включала этапы промывки водой, прокалки при 500 °С, а также обработки раствором HCl, в различных сочетаниях. Нанесение фазы, содержащей 5 мас. % Co + 5 мас. % Mn (в расчете на металлы), на диатомит производили путем низкотемпературного горения смеси нитратов Co и Mn (окислители) с мочевиной (восстановитель, горючее). Максимальная температура в волне горения достигала 337 °С. Исследованы физико-химические свойства композитов методами РФА, СЭМ/ЭДС, и измерена удельная поверхность по адсорбции азота. Основными фазами в составе композитов по данным РФА являлись модификации SiO2 (кварц, тридимит и кристобалит). Согласно результатам СЭМ/ЭДС, имеет место неравномерное распределение компонентов Co-Mn-содержащей фазы по поверхности гранул катализаторов, связанное с неоднородностью морфологии поверхности и внутренних пор природного диатомита. Также были обнаружены примесные элементы (Mg, Al, Na, K, Ca, Fe). Удельная поверхность по БЭТ образцов носителей составила от 56,0 до 83,5 м2/г, а композитов – от 46,4 до 78,5 м2/г. Полученные композиты предполагается использовать как катализаторы процесса глубокого окисления СО и углеводородов для экологически важных технологий нейтрализации выхлопных и отходящих газов техногенной природы.
Об авторах
Р. И. ДжусупкалиеваКазахстан
Джусупкалиева Роза Ибраимовна, старший преподаватель
ул. Жангир хана, 51, Уральск, 090009, Республика Казахстан
В. Н. Борщ
Россия
Борщ Вячеслав Николаевич, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник
ул. Академика Осипьяна, 8, Черноголовка, 142432, Российская Федерация
И. М. Быстрова
Россия
Быстрова Инна Михайловна, младший научный
сотрудник
ул. Академика Осипьяна, 8, Черноголовка, 142432, Российская Федерация
Е. В. Пугачева
Россия
Пугачева Елена Викторовна, кандидат химических
наук, старший научный сотрудник
ул. Академика Осипьяна, 8, Черноголовка, 142432, Российская ФедерацияФедерация; ORCID 0000-
0002-4354-8776; e-mail: h
Н. Ю. Хоменко
Россия
Хоменко Наталья Юрьевна, старший научный
сотрудник
ул. Академика Осипьяна, 8, Черноголовка, 142432, Российская Федерация
А. В. Рухов
Россия
Рухов Артём Викторович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой
ул. Советская, 106/5, пом. 2, Тамбов, 392000, Российская Федерация
С. И. Помогайло
Россия
Помогайло Светлана Ибрагимовна, кандидат
химических наук, старший научный сотрудник
ул. Академика Осипьяна, 8, Черноголовка, 142432, Российская Федерация
ул. Усиевича, 20, Москва, 125190, Российская Федерация
Список литературы
1. Smirnov PV, Konstantinov AO, Gursky HJ. Petrology and industrial application of main diatomite deposits in the Transuralian region (Russian Federation). Environmental Earth Sciences. 2017;76(20):682. DOI:10.1007/s12665-017-7037-3
2. YergozhinЕЕ, Akimbayeva AM. Organomineral sorbents and polyfunctional systems based on natural aluminosilicate and coal-mineral raw materials. Almaty: TOO “Print-S” Publ. House; 2007. 373 р. (In Russ.)
3. Makarova I, Faizov R, Buzaeva M, Davydova O, et al. Utilization of nanomodified dispersion of lubricating coolants with the use of natural sorbents. Bulletin of the South Ural State University series “Chemistry”. 2017;9(2):5-12. DOI:10.14529/chem170201
4. Aivalioti M, Papoulias P, Kousaiti A, Gidarakos E. Adsorption of BTEX, MTBE and TAME on natural and modified diatomite. Journal of Hazardous Materials. 2012;207-208:117-127. DOI:10.1016/j.jhazmat.2011.03.040
5. Xie F, Wu F, Liu G, Mu Y, et al. Removal of phosphate from eutrophic lakes through adsorption by in situ formation of magnesium hydroxide from diatomite. Environmental Science & Technology. 2014;48(1):582-590. DOI:10.1021/es4037379
6. Ma T, Wu Y, Liu N, Wu Y. Hydrolyzed polyacrylamide modified diatomite waste as a novel adsorbent for organic dye removal: adsorption performance and mechanism studies. Polyhedron. 2020;175:114227. DOI:10.1016/j.poly.2019.114227
7. Tao X, Wu Y, Sha H. Cuprous oxide-modified diatomite waste from the brewery used as an effective adsorbent for removal of organic dye: adsorption performance, kinetics and mechanism studies. Water, Air, & Soil Pollution. 2018;229(10):322. DOI:10.1007/s11270-018-3977-9
8. Rudakov VM, Agladze MG, Kolpakova EE, Kazakov JuM, Davydova GI. Polymerization of ethylene on the surface of diatomites and other natural silica rocks activated by an organoaluminum compound. Vysokomolekulyarnye soedineniya. Seriya B. 1992;34(5): 37-43. (In Russ.)
9. Nazhipkyzy M, Nemkayeva RR, Nurgain A, Seitkazinova AR, et al. The use of diatomite as a catalyst carrier for the synthesis of carbon nanotubes. Nanomaterials. 2022;12(11):1817. DOI:10.3390/nano12111817
10. Agabekov VE, Sen’kov GM, Sidorenko AYu, Tuyen ND, et al. New α-pinene isomerization catalysts. Catalysis in Industry. 2011;3(4):319-330. DOI:10.1134/S2070050411040027
11. Toshtay K, Auezov AB. Hydrogenation of vegetable oils over a palladium catalyst supported on activated diatomite. Catalysis in Industry. 2020;12(1):7-15. DOI:10.1134/S2070050420010109
12. Liang L, Miao C, Ke X, Peng Y, et al. A superior strategy for CO2 methanation under atmospheric pressure: organic acid-assisted co nanoparticles assembly on diatomite. Fuel. 2023;351:128931. DOI:10.1016/j.fuel.2023.128931
13. Liu Q, Li M, Wang S, Lv S, et al. Ultrathin 3D CoMn nanoflowers coupled diatomite for highly efficient catalytic oxidation of CO and propane. Chemical Engineering Journal. 2023;477:147102. DOI:10.1016/j.cej.2023.147102
14. Zhang X, Shen J, Sun H, Gong Y, et al. Room temperature oxidation of formaldehyde using TiO2/recycled diatomite composite. Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. 2022;74(7):2716-2723. DOI:10.1007/s11837-022-05224-0
15. Han Z, Wang C, Zou X, Chen T, et al. Diatomitesupported birnessite-type MnO2 catalytic oxidation of formaldehyde: preparation, performance and mechanism. Applied Surface Science. 2020;502:144201. DOI:10.1016/j.apsusc.2019.144201
16. Yang Y, Zhang Z, Li Y, Wang R, et al. The catalytic aerial oxidation of As(III) in alkaline solution by Mn-loaded diatomite. Journal of Environmental Management. 2022;317:115380. DOI:10.1016/j.jenvman.2022.115380
17. Matskan PA, Evdokimova EV, Mamontov GV. MIL-100(Fe)/diatomite composites for photo-fenton degradation of phenol. Kinetika ikataliz = Kinetics and Catalysis. 2023;64(4):418-427. DOI:10.31857/S045388112304007X (In Russ.)
18. Dai N, Yi S, Zhang X, Feng L, et al. Typical synthesis of an iron-modified laponite @diatomite composite for photo-fenton degradation of methyl orange dyes. Applied Surface Science. 2023;607:154886. DOI:10.1016/j.apsusc.2022.154886
19. Ge Y, Xu HQ, Huang Q, Jia X, et al. Microwaveassisted synthesis of Ag/ZnO/diatomite composites for photocatalytic degradation of gaseous toluene. Inorganic Chemistry Communications. 2025;171:113543. DOI:10.1016/j.inoche.2024.113543
20. Rezig W, Elaziouti A, Laouedj N, Hadjel M. Synthesis and characterization of novel calcined ferrihydrite-modified diatomite (FMD3X6) and its UVA light-assisted heterogeneous photodegradation of VG3 dye. Desalination and Water Treatment. 2022;271:254-271. DOI:10.5004/dwt.2022.28719
21. Datsko TY, Zelentsov VI. Hybrid nano-titanium dioxide/diatomite photocatalyst for advanced oxidation processes (AOPs) mediated removal of toxic organic pollutants. Chemical Safety Science. 2020;4(2):101-116. DOI:10.25514/CHS.2020.2.18007
22. Xu H, Wang H, Wang X, Tang Z, et al. Fluidized bed photobioreactor based on diatomite powder and high light intensity improved microalgae harvesting, nutrient removal and lipid accumulation: Performance and microscopic mechanism. Water Research. 2024;264: 122172. DOI:10.1016/j.watres.2024.122172
23. Borshch VN, Zhuk SYa, Vakin NA, Smirnov KL, et al. Sialons as a new class of supports for oxidation catalysts. Doklady Physical Chemistry. 2008;420(2):121-124. DOI:10.1134/S0012501608060018
24. Zav’yalova UF, Tret’yakov VF, Burdeinaya TN, Lunin VV, et al. Self-propagating synthesis of supported oxide catalysts for deep oxidation of CO and hydrocarbons. Kinetics and Catalysis. 2005:46(5):752-757. DOI:10.1007/s10975-005-0132-6
25. Zavyalova U, Scholz P, Ondruschka B. Influence of cobalt precursor and fuels on the performance of combustion synthesized Co3O4/γ-Al2O3 catalysts for total oxidation of methane. Applied Catalysis A: General. 2007:323:226-233. DOI:10.1016/j.apcata.2007.02.021
26. Kotolevich YS, Khramov EV, Mironenko OO, Zubavichus YaV, et al. Supported palladium catalysts prepared by surface self-propagating thermal synthesis. International Journal of Self-Propagating HighTemperature Synthesis. 2014;23(1):9-17. DOI:10.3103/S1061386214010075
27. Smagulova GT, Prikhod’ko NG, Guseinov NR, Nemkayeva R, et al. Zeolite based catalysts for synthesis of carbon nanotubes. Goreniye i plazmoximia. 2016;14(2):83-88. (In Russ.)
28. Kotolevich YS, Mamontov GV, Vodyankina OV, et al. Catalytic Pd-Ag nanoparticles immobilized on fiber glass by surface self-propagating thermal synthesis. International Journal of Self-Propagating HighTemperature Synthesis. 2017;26:234-239. DOI:10.3103/S1061386217040045
29. Borshch VN, Dement’eva IM, Khomenko NYu. Supported polymetallic catalysts by self-propagating surface synthesis. International Journal of SelfPropagating High-Temperature Synthesis. 2019;28(1): 45-49. DOI:10.3103/S1061386219010059
30. Borshch VN, Bystrova IM, Pugacheva EV, Smirnova EM, et al. Low-temperature combustion synthesis of halloysite-based catalysts for the deep oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide and the methanation of carbon dioxide. Kinetics and Catalysis. 2022;63(6):801-812. DOI:10.1134/S0023158422060027
31. Borshch VN, Bystrova IM, Pugacheva EV, Khomenko NYu. Hydrogenation of CO2 on Co-Ni catalysts produced by low-temperature combustion using modified silica fabric. International Journal of SelfPropagating High-Temperature Synthesis. 2023;32(4): 302-312. DOI:10.3103/S1061386223040131
32. Borshch VN, Bystrova IM, Boyarchenko OD, Khomenko NYu, et al. Low-temperature combustion synthesis and characterization of Co-containing catalysts based on modified silica gel. International Journal of SelfPropagating High-Temperature Synthesis. 2023;32(2): 126-138. DOI:10.3103/S1061386223020024
33. Li G, Li N, Sun Y, Qu Y, et al. Efficient defect engineering in Co-Mn binary oxides for low-temperature propane oxidation. Applied Catalysis B: Environmental. 2021;282:119512. DOI:10.1016/j.apcatb.2020.119512
34. Shan C, Zhang Y, Zhao Q, Li J, et al. New insight into opposite oxidation behavior in acetone and propane catalytic oxidation over CoMn based spinel oxides. Chemical Engineering Journal. 2023;476:146550. DOI:10.1016/j.cej.2023.146550
35. Zhao H, Wang H, Qu Z. Synergistic effects in Mn-Co mixed oxide supported on cordierite honeycomb for catalytic deep oxidation of VOCs. Journal of Environmental Sciences. 2022;112:231-243. DOI:10.1016/j.jes.2021.05.003
36. Jussupkaliyeva RI, Bystrova IM, Pomogailo SI, Borshch VN. Synthesis of Co-Mn catalysts for deep oxidation of CO and propane based on natural opoka by low-temperature combustion. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional′nye pokrytiya = Powder Metallurgy аnd Functional Coatings. 2024;18(6):17-27. DOI:10.17073/1997-308X-2024-6-17-27 (In Russ.)
Рецензия
Для цитирования:
Джусупкалиева Р.И., Борщ В.Н., Быстрова И.М., Пугачева Е.В., Хоменко Н.Ю., Рухов А.В., Помогайло С.И. Cинтез композитов состава Co-Mn/диатомит методом низкотемпературного горения. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2025;10(4):290-300. https://doi.org/10.17277/jamt-2025-10-04-290-300
For citation:
Jussupkaliyeva R.I., Borshch V.N., Bystrova I.M., Pugacheva E.V., Khomenko N.Yu., Rukhov A.V., Pomogailo S.I. Synthesis of Co-Mn/diatomite composites by low-temperature combustion. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2025;10(4):290-300. https://doi.org/10.17277/jamt-2025-10-04-290-300
JATS XML















