Интеграция процессов улавливания и гидрирования CO2 с использованием бифункциональных катализаторов Ni–Me/Li4SiO4

Авторы

  • Л.К. Мылтыкбаева Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Научно-исследовательский институт новых химических технологий и материалов https://orcid.org/0000-0002-0322-0135 (неаутентифицированный)
  • Г.Е. Ергазиева Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Научно-исследовательский институт новых химических технологий и материалов , Институт проблем горения https://orcid.org/0000-0001-9464-5317
  • М.М. Мамбетова Институт проблем горения https://orcid.org/0000-0002-1744-3647
  • Н.М. Макаева Институт проблем горения https://orcid.org/0000-0002-1638-7460
  • М.М. Анисова Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Научно-исследовательский институт новых химических технологий и материалов https://orcid.org/0000-0001-9622-5164
  • К. Досумов Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Научно-исследовательский институт новых химических технологий и материалов https://orcid.org/0000-0001-5216-0426

DOI:

https://doi.org/10.15328/cb2026_136

Ключевые слова:

бифункциональный катализатор, метан, улавливание CO2, гидрирование

Аннотация

В данной статье синтезированы сорбент на основе ортосиликата лития, а также нанесённые на него бифункциональные катализаторы Ni/Li4SiO4 и модифицированные системы Ni-Ce/Li4SiO4 и Ni-Mg/Li4SiO4, и исследованы их каталитические свойства в процессе интегрированного улавливания CO2 и его последующего превращения в метан. Сорбент Li4SiO4 был получен методом щелочного сплавления. Среди синтезированных сорбентов наибольшая сорбционная ёмкость по CO2, достигавшая 33 %, была установлена для образца с мольным соотношением SiO2:LiOH = 1:4, при котором содержание ортосиликата лития составляло 90 %. Среди исследованных бифункциональных катализаторов наиболее высокую каталитическую активность продемонстрировал образец 15NiO-5MgO/Li4SiO4. Для данного бифункционального катализатора максимальная селективность по метану составила 61,4 % при 500 °C, однако при повышении температуры до 600 °C она снизилась до 44,8 %. Снижение селективности метана при более высоких температурах обусловлено уменьшением каталитической активности вследствие разложения карбонатных фаз, что подтверждается результатами термогравиметрического и дифференциально-термического анализа (ТГА–ДТА). Согласно данным рентгенофазового анализа (РФА), в составе 15NiO-5MgO/Li4SiO4 БФК сформировались фазы NiO и Li4SiO4, выполняющие соответственно каталитическую и сорбционную функции. После проведения реакции фазовый состав катализатора в целом сохранил свою стабильность, при этом было установлено восстановление оксида никеля до металлического никеля (Ni⁰). По результатам ТПД-CO2 установлено, что данный бифункциональный катализатор содержит основные центры средней силы, ответственные за эффективную сорбцию CO2, а также сильные основные центры, способствующие его активации и последующему гидрированию. Установлено, что указанные центры вступают в синергетическое взаимодействие с каталитическими центрами никеля, что обеспечивает высокую эффективность бифункционального катализатора в интегрированных процессах улавливания и конверсии диоксида углерода.

Биографии авторов

  • Л.К. Мылтыкбаева, Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Научно-исследовательский институт новых химических технологий и материалов

    PhD, и.о. доцента кафедры общей и неорганической химии, КазНУ им. аль-Фараби (Алматы, Казахстан, e-mail: laura.kaden@mail.ru)

  • Г.Е. Ергазиева, Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Научно-исследовательский институт новых химических технологий и материалов, Институт проблем горения

    к.х.н., профессор, заведующая лабораторией каталитических процессов, Институт проблем горения (Алматы, Казахстан, e-mail: ergazieva_g@mail.ru)

  • М.М. Мамбетова, Институт проблем горения

    PhD, ведущий научный сотрудник лаборатории каталитических процессов, Институт проблем горения (Алматы, Казахстан, e-mail: mambetova_manshuk@list.ru)

  • Н.М. Макаева, Институт проблем горения

    PhD, ведущий научный сотрудник лаборатории каталитических процессов, Институт проблем горения (Алматы, Казахстан, e-mail: nursaya.1996.mk@mail.ru)

  • М.М. Анисова, Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Научно-исследовательский институт новых химических технологий и материалов

    PhD, ведущий научный сотрудник лаборатории газохимии Центра физико-химических методов исследований и анализа, КазНУ им. аль-Фараби (Алматы, Казахстан, e-mail: telbaeva.moldir@yandex.kz)

  • К. Досумов, Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Научно-исследовательский институт новых химических технологий и материалов

    д.х.н., профессор, заведующий лабораторией газохимии Центра физико-химических методов исследований и анализа, КазНУ им. аль-Фараби (Алматы, Казахстан, e-mail: dossumov50@mail.ru)

Библиографические ссылки

1. Zhou Y, Ma X, Yusanjan Q, et al (2024) Chemical Engineering Journal 485:149937. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149937

2. Zhu C, Kobayashi K, Loladze I, et al (2018) Sci Adv 4:eaaq1012. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq1012

3. Dahlke FT, Butzin M, Nahrgang J, et al (2018) Sci Adv 4:eaas8821. https://doi.org/10.1126/sciadv.aas8821

4. Zhou J, Dang C, Zheng G, Cai W (2025) Separation and Purification Technology 354:129375. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.129375

5. Kang H, Ma J, Perathoner S, et al (2023) Chem Soc Rev 52:3627–3662. https://doi.org/10.1039/D2CS00214K

6. Papalas T, Lypiridis D, Antzaras AN, Lemonidou AA (2024) Chemical Engineering Journal 485:149866. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149866

7. Huang H, Liu W, Chen H, et al (2025) Fuel 394:135175. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.135175

8. Chen J, Xu Y, Liao P, et al (2022) Carbon Capture Science & Technology 4:100052. https://doi.org/10.1016/j.ccst.2022.100052

9. Xia H, Dang C, Zhou D, Cai W (2024) Chemical Engineering Journal 489:151365. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151365

10. Shao B, Zhang Y, Sun Z, et al (2022) Green Chemical Engineering 3:189–198. https://doi.org/10.1016/j.gce.2021.11.009

11. Hong WY (2022) Carbon Capture Science & Technology 3:100044. https://doi.org/10.1016/j.ccst.2022.100044

12. Jin B, Wang R, Fu D, et al (2024) Carbon Capture Science & Technology 10:100169. https://doi.org/10.1016/j.ccst.2023.100169

13. Dou B, Wu K, Zhang H, et al (2023) Chemical Engineering Journal 452:139703. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139703

14. Marocco Stuardi F, MacPherson F, Leclaire J (2019) Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry 16:71–76. https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2019.02.003

15. Jo S, Son HD, Kim T-Y, et al (2023) Chemical Engineering Journal 469:143772. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143772

16. Boukha Z, Bermejo-López A, De-La-Torre U, González-Velasco JR (2023) Applied Catalysis B: Environmental 338:122989. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122989

17. Sun S, Chen Z, Xu Y, et al (2024) JACS Au 4:72–79. https://doi.org/10.1021/jacsau.3c00403

18. Hu J, Hongmanorom P, Chen J, et al (2023) Chemical Engineering Journal 452:139460. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139460

19. Shao B, Wang Z-Q, Gong X-Q, et al (2023) Nat Commun 14:996. https://doi.org/10.1038/s41467-023-36646-2

20. Kim SM, Abdala PM, Broda M, et al (2018) ACS Catal 8:2815–2823. https://doi.org/10.1021/acscatal.7b03063

21. Huang P, Chu J, Fu J, et al (2023) SSRN 4393919. https://doi.org/10.2139/ssrn.4393919

22. Lv Z, Du H, Xu S, et al (2024) Applied Energy 355:122242. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.122242

23. Shi S, Zhang Y, Pan Y, et al (2024) Chemical Engineering Journal 485:150012. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150012

24. Ma X, Cui H, Cheng Z, Zhou Z (2023) AIChE Journal 69:e18146. https://doi.org/10.1002/aic.18146

25. Ma X, Li X, Cui H, et al (2023) AIChE Journal 69:e17520. https://doi.org/10.1002/aic.17520

26. Zhou J, Zhang W, Dang C, Cai W (2025) Separation and Purification Technology 359:130833. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.130833

27. Sun Z, Shao B, Zhang Y, et al (2023) Separation and Purification Technology 307:122680. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.122680

28. Sun H, Zhang Y, Wang C, et al (2022) Chemical Engineering Journal 437:135394. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135394

29. Proaño L, Tello E, Arellano-Trevino MA, et al (2019) Applied Surface Science 479:25–30. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.01.281

30. Sun H, Zhang Y, Guan S, et al (2020) Journal of CO2 Utilization 38:262–272. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2020.02.001

31. Zhang XG, Buthiyappan A, Jewaratnam J, et al (2024) Journal of Environmental Chemical Engineering 12:111799. https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.111799

32. Jo SB, Woo JH, Lee JH, et al (2020) Sustainable Energy Fuels 4:4679–4687. https://doi.org/10.1039/D0SE00760A

33. Sun H, Wang Y, Xu S, et al (2021) Fuel 286:119308. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119308

34. Lv Z, Deng T, Gao C, et al (2024) Chemical Engineering Journal 489:151427. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151427

35. Veselovskaya JV, Lysikov AI, Netskina OV, et al (2020) Ind Eng Chem Res 59:7130–7139. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.9b05457

36. Miguel CV, Soria MA, Mendes A, Madeira LM (2017) Chemical Engineering Journal 322:590–602. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.04.024

37. Proaño L, Arellano-Treviño MA, Farrauto RJ, et al (2020) Applied Surface Science 533:147469. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147469

38. Bermejo-López A, Pereda-Ayo B, González-Marcos JA, González-Velasco JR (2019) Journal of CO2 Utilization 34:576–587. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2019.08.011

39. Cimino S, Boccia F, Lisi L (2020) Journal of CO2 Utilization 37:195–203. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2019.12.010

40. Lv Z, Ruan J, Tu W, et al (2023) Separation and Purification Technology 309:123044. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.123044

41. Zhou J, Zhang W, Cai W, Dang C (2025) Separation and Purification Technology 366:132845. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.132845

42. Wang X, Hu D, Hao Y, et al (2023) Separation and Purification Technology 322:124295. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.124295

43. Hu Y, Xu Q, Zou X, et al (2023) International Journal of Hydrogen Energy 48:24871–24883. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.11.045

44. Cimino S, Cepollaro EM, Lisi L (2022) Applied Catalysis B: Environmental 317:121705. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121705

45. Liu D, Chen L, Zhu X, et al (2025) Chemical Engineering Journal 511:162186. https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162186

46. Hu Y, Liu W, Yang Y, et al (2019) Chemical Engineering Journal 359:604–625. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.11.128

47. Wei H, Lin M, Zhang J, et al (2025) Carbon Capture Science & Technology 14:100358. https://doi.org/10.1016/j.ccst.2024.100358

48. Jin B, Wang R, Fu D, et al (2024) Carbon Capture Science & Technology 10:100169. https://doi.org/10.1016/j.ccst.2023.100169

49. González A, Martínez-Cruz MA, Alcántar-Vázquez B, et al (2024) Heliyon 10:e24645. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e24645

50. Imbachi-Gamba CF, Cornaglia LM, Faroldi BMC (2026) Journal of Environmental Chemical Engineering 14:124132. https://doi.org/10.1016/j.jece.2026.124132

51. Kwon YM, Lee SC, Chae HJ, et al (2019) Renewable Energy 144:180–187. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.08.039

52. Yergaziyeva GY, Mambetova MM, Makayeva NM, et al (2026) Inorganic Chemistry Communications 190:116910. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2026.116910

53. Mambetova MM, Yergaziyeva GY, Myltykbayeva LK, et al (2026) Sci Rep. https://doi.org/10.1038/s41598-026-55856-4

54. Xin K, Boon J, Van Dijk HAJ, Van Sint Annaland M (2024) Front Chem Eng 6:1272152. https://doi.org/10.3389/fceng.2024.1272152

55. Liu J, Nara H, Yokoshima T, et al (2015) Electrochimica Acta 183:70–77. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.07.116

56. Yasnó JP, Conconi S, Visintin A, Suárez G (2021) J Anal Sci Technol 12:15. https://doi.org/10.1186/s40543-021-00267-5

57. Wang G, Luo F, Cao K, et al (2019) Energy Tech 7:1800359. https://doi.org/10.1002/ente.201800359

58. Kim M-J, Youn J-R, Kim HJ, et al (2020) International Journal of Hydrogen Energy 45:24595–24603. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.06.144

59. Le TA, Kim J, Kang JK, Park ED (2020) Catalysis Today 348:80–88. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.08.058

60. Pan Y, Gao P, Tang S, et al (2024) Chinese Journal of Chemical Engineering 75:170–180. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2024.07.021

61. Wang Y, Li B, Xiao Y-S, Liu Z-W (2023) Processes 11:596. https://doi.org/10.3390/pr11020596

Опубликован

2026-09-22

Выпуск

Том 120 № 3 (2026): Вестник КазНУ. Серия химическая (В процессе подготовки)

Раздел

Катализ и нефтехимия

Лицензия

Copyright (c) 2026 Л.К. Мылтыкбаева, Г.Е. Ергазиева, М.М. Мамбетова, Н.М. Макаева, М.М. Анисова, К. Досумов

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.

Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License (CC BY-NC-ND 4.0), которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.

Как цитировать

Интеграция процессов улавливания и гидрирования CO2 с использованием бифункциональных катализаторов Ni–Me/Li4SiO4 . (2026). Вестник КазНУ. Серия химическая, 120(3), In Press. https://doi.org/10.15328/cb2026_136

Похожие статьи

1-10 из 15

Вы также можете начать расширеннвй поиск похожих статей для этой статьи.