Vermiculite-based catalysts with nanometric oxide active phase for the oxidation of phenols

Abstract

Materiał wyjściowy do syntezy katalizatorów stanowił wermikulit naturalny oraz poddany działaniu stężonego kwasu azotowego(V). W czasie modyfikacji kwasowej określono ubytek glinu, żelaza, magnezu i krzemu. Synteza katalizatorów opierała się na wymuszonej hydrolizie hematytu w środowisku kwaśnym w obecności nośnika. Wykonano również serię katalizatorów, w których część żelaza podstawiono miedzią. Ponadto, przeprowadzono sorpcję kompleksu miedzi z etylenodiaminą na modyfikowanym kwasowo wermikulicie. Gotowe katalizatory zostały scharakteryzowane następującymi metodami: spektroskopia odbicia rozproszonego (UV-Vis-DRS), niskotemperaturowa sorpcja azotu, dyfrakcja rentgenowska (XRD), spektroskopia odbicia rozproszonego w podczerwieni (DRIFT). Aktywność otrzymanych katalizatorów badano w reakcji utleniania fenolu w fazie ciekłej, pod ciśnieniem atmosferycznym i w podwyższonej temperaturze. Określono wpływ sposobu dodawania utleniacza na przebieg testu katalitycznego. Mniejsze porcje wydłużają czas potrzebny do osiągnięcia wysokiego stopnia przereagowania fenolu, ale też zastosowana metoda pozwala na ograniczenie powstawania produktów ubocznych. Dodatek miedzi do katalizatora powoduje skrócenie czasu, w którym konwersja fenolu osiąga wysokie wartości, jednak sprzyja tworzeniu się ubocznych produktów utleniania fenolu.The starting material for the synthesis of catalysts was natural vermiculite and vermiculite treated with concentrated nitric acid. During the acid modification, loss of aluminum, iron, magnesium and silicon was measured. Synthesis of catalysts based on forced hydrolysis of hematite in acidic solution was performed in the presence of vermiculite. A series of catalysts containing iron partially substituted of copper were prepared. In addition, catalysts were prepared by a sorption of copper complex with ethylenediamine on the acid-modified vermiculite. Obtained catalysts were characterized by the following methods: diffuse reflectance spectroscopy (UV-Vis-DRS), low-temperature nitrogen sorption, X-ray diffraction (XRD), diffuse reflectance infrared spectroscopy (DRIFT). The activity of the catalysts was tested in the oxidation of phenol in the liquid phase at atmospheric pressure and at elevated temperature. Also the influence of the addition rate of oxidant on the catalytic performance was tested. Smaller portions extended the time required to achieve a high degree of conversion of phenol, but also reduced the formation of side products. The addition of copper to the catalyst shortened the time in which the conversion of phenol reached high values, but also favors the formation of by-products in the oxidation of phenol