Russian Journal of Physical ChemistryRussian Journal of Physical Chemistry0044-45373034-5537Russian Academy of Science10.7868/S3034553725010053Kinetic model of the temperature-programmed desorption of ammonia to study the acidity of heterogeneous catalystsКинетическая модель температурно-программируемой десорбции аммиака для исследования кислотности гетерогенных катализаторовLysikovA. I.ЛысиковА. И. lyanig@catalysis.ruVdovichenkoV. A.ВдовиченкоВ. А. vdovichenko_v_a_noemail@ras.ruVorob’evaE. E.ВоробьеваЕ. Е. vorob'eva_e_e_noemail@ras.ruShamanaevaI. A.ШаманаеваИ. А. shamanaeva_i_a_noemail@ras.ruLuzinaE. V.ЛузинаЕ. В. luzina_e_v_noemail@ras.ruPiryutkoL. V.ПирюткоЛ. В. piryutko_l_v_noemail@ras.ruVeselovskayaZh. V.ВеселовскаяЖ. В. veselovskaya_zh_v_noemail@ras.ruParkhomchukE. V.ПархомчукЕ. В. parkhomchuk_e_v_noemail@ras.ruИнститут катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)Boreskov Institute of Catalysis SB RAS (IC SB RAS); Novosibirsk State University (NSU)Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)Boreskov Institute of Catalysis SB RAS (IC SB RAS); Novosibirsk State University (NSU)Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)Boreskov Institute of Catalysis SB RAS (IC SB RAS); Novosibirsk State University (NSU)Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)Boreskov Institute of Catalysis SB RAS (IC SB RAS); Novosibirsk State University (NSU)Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)Boreskov Institute of Catalysis SB RAS (IC SB RAS); Novosibirsk State University (NSU)Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН)Boreskov Institute of Catalysis SB RAS (IC SB RAS)Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)Boreskov Institute of Catalysis SB RAS (IC SB RAS); Novosibirsk State University (NSU)Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН); Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)Boreskov Institute of Catalysis SB RAS (IC SB RAS); Novosibirsk State University (NSU)010120259915067

A new method for processing the results of the temperature-programmed desorption (TPD) of ammonia from heterogeneous catalyst surfaces and an approach for automatic deconvolution of TPD kinetic curves are proposed. This method uses the Polanyi-Wigner kinetic model with formal kinetics approaches for simple reactions, which imposes restrictions on the observed orders of 1, 2, or 3. The parameters of TPD curves are selected based on the inverse simulation using the Runge-Kutta method and fitting them to experimental points using dynamic model parameters changes. As an example, several heterogeneous catalysts are presented in this work. TPD-NH3 of titanium silicalite-1 and silicalite-1 is obtained using one third-order desorption kinetic equation. TPD-NH3 of the three samples of γ-alumina is obtained using two desorption peaks with similar kinetic parameters.

Предложен новый метод обработки результатов температурно-программируемой десорбции аммиака с поверхности гетерогенных катализаторов и описан подход для автоматической деконволюции кинетических кривых ТПД. Данный метод использует кинетическую модель Поляни–Вигнера с применением уравнений формальной кинетики простых реакций, что накладывает ограничения на использование кинетических кривых с наблюдаемым порядком 1, 2 или 3. Подбор параметров для кривых ТПД основан на методе нелинейной минимизации методом Рунге–Кутте и подгона их под экспериментальные точки с использованием динамической скорости изменения параметров модели. В качестве примера представлено несколько однотипных гетерогенных систем: титансиликалит–1 и силикалит–1, для которых получено описание экспериментальных точек одним кинетическим уравнением десорбции третьего порядка, и три образца γ-оксида алюминия, для которых были получены модельные кинетические кривые с двумя пиками десорбции и со сходящимися кинетическими параметрами.

температурно-программируемая десорбция аммиака кислотность кинетика оксид алюминия силикалит–1 титансиликалит–1температурно-программируемая десорбция аммиака кислотность кинетика оксид алюминия силикалит–1 титансиликалит–1Правительство Новосибирской области (гр-10). Министерство науки и высшего образования Российской Федерации.Government of the Novosibirsk Region (гр-10). Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation.Da Ros S., Barbosa-Coutinho E., Schwaab M. et al. // Mater. Charact. 2013. V. 80. P. 50.Phung T.K., Garbarino G. // J. Ind. Eng. Chem. 2017. V. 47. P. 288.Yashnik S.A., Boltenkov V.V., Babushkin D.E. et al. // Kinet. Catal. 2022. V. 63. P. 555.Cvetanoviĉ R.J., Amenomiya Y. // Adv. Catal. 1972. V. 6. P. 21.Amenomiya Y., Chenier J.H.B., Cvetanović R.J. // J. Phys. Chem. 1964. V. 68. P. 52.Serebrennikov D.V., Grigor’eva N.G., Khazipova A.N. et al. // Kinet. Catal. 2022. V. 63. P. 577.Wu L., Su H., Liu Q. et al. // Ibid. 2022. V. 63. P. 498.Busca G. // Chem. Rev. 2007. V. 107. P. 5366.Kim C., Yan X.M., White J.M. // Rev. Sci. Instrum. 2000. V. 71. P. 3502.Kechagiopoulos P.N., Thybaut J.W., Marin G.B. // Ind. Eng. Chem. 2014. V. 53. P. 1825.Cvetanović R.J., Amenomiya Y. // Adv. Catal. 1967. V. 17. P. 103.Rodríguez-González L., Hermes F., Bertmer M. et al. // Appl. Catal. A Gen. 2007. V. 328. P. 174.Schwarz J.A. // Catal. Rev. – Sci. Eng. 1983. V. 25. P. 141.Bhatia S., Beltramini J., Do D.D. // Catal. Today. 1990. V. 7. P. 309.Kanervo J.M., Krause A.O.I. // J. Phys. Chem. B. 2001. V. 105. P. 9778.Russell N.M., Ekerdt J.G. // Surf. Sci. 1996. V. 364. P. 199–218.Niwa M., Katada N. // Chem. Rec. 2013. V. 13. P. 432.Da Ros S., Valter Flores K.A., Schwaab M. et al. // J. Ind. Eng. Chem. 2021. V. 94. P. 425.Xu J., Deng J. // ACS Omega. 2020. V. 5. P. 4148.Campbell C.T., Sellers J.R.V. // Chem. Rev. 2013. V. 113. P. 4106.King D.A. // Surf. Sci. 1975. V. 47. P. 384.Parmon V. Thermodynamics of non-equilibrium processes for chemists with a particular application to catalysis // Elsevier. 2010.Sidoumou M., Panella V., Suzanne J. // J. Chem. Phys. 1998. V. 101. P. 6338.Schmid M., Parkinson G.S., Diebold U. // ACS Phys. Chem. Au. 2023. V. 3. P. 44.Sprowl L.H., Campbell C.T., Árnadóttir L. // J. Phys. Chem. C. 2017. V. 121. P. 9655.Sprowl L.H., Campbell C.T., Árnadóttir L. // Ibid. 2016. V. 120. P. 9719.Banerjee A., Vithusha T., Krishna B.B. et al. // Bioresour. Technol. 2021. V. 340. P. 125534.Vyazovkin S., Burnham A.K., Favergeon L. et al. // Thermochim. Acta. 2020. V. 689. P. 178597.Luzina E.V., Shamanaeva I.A., Parkhomchuk E.V. // Pet. Chem. 2021. V. 61. P. 807.Veselovskaya J.V., Parunin P.D., Netskina O.V. et al. // Energy. 2018. V. 159. P. 766.Semeykina V.S., Polukhin A.V., Lysikov A.I. et al. // Catal. Letters. 2019 V. 3. P. 513.Parkhomchuk E.V., Fedotov K.V., Lysikov A.I. et al. // Catal. Ind. 2022. V. 14. P. 86.Dormand J.R., Prince P.J. // J. Comput. Appl. Math. 1980. V. 6. P. 19.Shampine L.F., Reichelt M.W., Sci S.J. // Soc. Ind. Appl. Math. 1997. V. 18. P. 1.Ламберов А.А., Халилов И.Ф., Ильясов И.Р. и др. // Вестн. Казанского Технологического Университета. 2011. № 13. С. 24Ye Y.L., Fu M.Q., Chen H.L. et al. // J. Fuel Chem. Technol. 2020. V. 48. P. 311.Efstathiou A.M., Fliatoura K. // Appl. Catal. B, Environ. 1995. V. 6. P. 35.Guo R., Zhou Y., Pan W. et al. // J. Ind. Eng. Chem. 2013. V. 19. P. 2022.Zhdanov V.P., Pavlicek J., Knor Z. // Catal. Rev. – Sci. Eng. 1988. V. 30. P. 501.