Influence of Temperature and Duration of α-Fe2O3 Calcination on Reactivity in Hydrogen Oxidation

Исследовано влияние температуры и продолжительности прокаливания однофазных образцов гематита со структурой α-Fe2O3 на окислительную способность в отношении водорода в режиме температурно-программируемой реакции в интервале 40–900 °C. Показано, что температура прокаливания является существенным фактором, влияющим на реакционную способность решеточного кислорода в окислении водорода. Образцы α-Fe2O3, прокаленные при 800–900 °C, проявляют наибольшую активность, процесс восстановления α-Fe2O3 в этих образцах протекает через стадию восстановления до магнетита, с последующим полным восстановлением до металла через совмещение стадий восстановления оксидов. Прокаливание образцов α-Fe2O3 при 1000–1100 °C приводит к существенному снижению окислительной способности, восстановление α-Fe2O3 начинается при температурах на 50–100 °C выше, идет без выделения отдельных стадий восстановления, полное восстановление α-Fe2O3 до металла в исследованных условиях не происходит. Установлено, что с увеличением температуры прокаливания образцов возрастает рентгенографическая плотность α-Fe2O3, что свидетельствует о снижении степени разупорядочения кристаллической решетки, которое приводит к росту энергии связи решеточного кислорода и существенному снижению реакционной способности α-Fe2O3 в окислении водородаThe effect of temperature and duration of calcination of single-phase samples of hematite with the α-Fe2O3 structure on the oxidizing ability with respect to hydrogen in the temperature-programmed reaction mode in the temperature range of 40–900 °C was studied. It is shown that the calcination temperature is a significant factor affecting the reactivity of lattice oxygen in the oxidation of hydrogen. Samples of α-Fe2O3, calcined at 800–900 °C, show the highest activity, the process of α-Fe2O3 reduction in these samples proceeds through the stage of reduction to magnetite, followed by complete reduction to metal through the combination of reduction stages of oxides. The calcination of α-Fe2O3 samples at 1000–1100 °C leads to a significant decrease in the oxidizing ability, the α-Fe2O3 reduction initiates at temperatures 50–100 °C higher, proceeds without separating individual reduction stages of oxide, there is no complete reduction of α-Fe2O3 under the studied conditions. It has been established that with an increase in the calcination temperature of the hematite samples, the X‑ray density of α-Fe2O3 increases, which indicates a decrease in the degree of crystal lattice disorder and an increase in the binding energy of lattice oxygen and manifests itself in a significant decrease in the reactivity of α-Fe2O3 in the oxidation of hydroge

The Activity of the HF-Modified Ferrospheres in Oxidative Coupling of Methane

Исследованы каталитические свойства в реакции окислительной конденсации метана (ОКМ) HF-модифицированных ферросфер, выделенных из летучей золы от сжигания бурого угля. Установлено, что модифицирование ферросфер приводит к существенному увеличению эффективности образования С2-углеводородов: при 750 °C выход возрастает в 1,5-2,0 раза, доля этилена в С2-продуктах – до 30 %, а при 850 °C – до 65 %. Высокая эффективность образования этилена связана с формированием оксифторидных центров, которые при 850 °C дезактивируются и превращаются в оксидные центры глубокого окисленияCatalytic properties in the reaction of oxidative coupling of methane (OCM) of HF-modified ferrospheres separated from combustion brown coal fly ash are investigated. It is established that the modification of ferrospheres results in a significant increase in the efficiency of C2-hydrocarbons formation at 750 °C, the yield increases by 1.5-2.0 times, the content of ethylene in the C2-products – up to 30 %, and at 850 °C – up to 65 %. It is suggested that the high efficiency of ethylene formation is associated with the formation of oxifluoride centers, which are deactivated at 850 °C and converted into oxide centers of deep oxidatio

Composition, Structure and Reduction Reactivity of Composite Materials of the α-Fe₂O₃–СaFe₂O₄ System by Hydrogen

В работе изучены композиционные материалы системы α-Fe2O3–CaFe2O4, полученные методом высокотемпературного твердофазного синтеза из оксидов Са и Fe(III) с вариацией мольного отношения СаО/Fe2O3 от 0.15 до 1.00. Материалы охарактеризованы методами рентгеновской дифракции (РФА), сканирующей электронной микроскопии с системой энергодисперсионного микроанализа (СЭМ-ЭДС) и синхронного термического анализа (СТА) в режиме термопрограммируемого восстановления водородом (H2-ТПВ). СЭМ-ЭДС – исследование образцов выявило формирование сложной микроструктуры материала по типу «ядро-оболочка» с фазой гематита в качестве «ядра». H2-ТПВ образцов позволило установить, что с увеличением содержания фазы CaFe2O4 (от 33.4 до 97.5 мас. %) наблюдается снижение вклада низкотемпературных форм решеточного кислорода в областях 350-510 °С (до 2.6 раза) и 510-650 °С (до 1.7 раза) и рост вклада высокотемпературной формы кислорода в интервале 650-900 °С (до 2 раз). На основе оценки подвижности решеточного кислорода высказано предположение о перспективности использования полученных композиционных материалов с содержанием фазы CaFe2O4 более 55.2 мас. % в качестве носителей кислорода в химических циклических процессах получения синтез-газаIn this paper, α-Fe2O3–CaFe2O4 composite materials obtained by high-temperature solid-phase synthesis from Ca and Fe (III) oxides with varying molar ratio CaO/Fe2O3 in the range 0.15-1.00 were investigated. The materials are characterized by Х-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray microanalysis (SEM-EDS) and simultaneous thermal analysis (STA) in the hydrogen temperature-programmed reduction mode (H2-TPR). SEM-EDS studies of the specimens were revealed a formation of the “core-shell” type complex microstructure of material with the hematite phase as the “core”. H2-TPR of the specimens allowed to establish a decrease of the contribution of low-temperature forms of lattice oxygen in areas of 350-510 °С (up to 2.6 times) and 510-650 °С (up to 1.7 times), and the growth of the contribution of the high-temperature oxygen form in the range of 650-900 °С (up to 2 times) with an increase in the content of the phase CaFe2O4 from 33.4 to 97.5 wt. %. Relying on the assessment of lattice oxygen mobility, it was suggested, that the samples with content of CaFe2O4 phase more than 55.4 wt. % are promising for use as oxygen carriers in chemical looping processes of syngas productio