Electron Paramagnetic Resonance and Mössbauer Studies of Fe3+ Ions in the Fe2O3 [dbnd] MoO3 System

The electron paramagnetic resonance (EPR) and Mössbauer spectra of ironmolybdenum mixed oxides system have been investigated. Both EPR and Mössbauer measurements revealed the formation of ferric molybdate, Fe₂ (MoO₄)₃ and the existence of two different Fe³⁺ species. The EPR spectra of Fe₂ (MoO₄)₃, show two resonance lines of Fe³⁺ ions indicating that a strong exchange interaction is dominates in pure iron molybdate. Mösbauer measurements revealed that the isomer shift (I. S) increases with increasing the iron content. A maximum of quadrupole splitting (Q. S) is observed at the stoichiometric concentration corresponding to the formation of Fe₂ (MoO₄)₃. The effect of a catalytaic dehydration process on the redox behaviour of Fe³⁺ located in iron molybdate frame work is investigated. Results indicate that the catalytaic dehydration of 2-proppanol over this catalyst reduces Fe³⁺ ions to Fe²⁺ leading to the formation of the inactive phase FeMoO₄. the essential role of oxygen, in the alcohol gas feed, in regeneration the activity of the catalysts was demonstrated.     

A study on the thermal decomposition of iron-cobalt mixed hydroxides

Thermal decomposition of pure Fe(OH)₃ and mixed with Co(OH)₂ were studied using TG, DTA, kinetics of isothermal decomposition and electrical conductivity measurements. The thermal products were characterized by X-ray diffraction and IR spectroscopy. The TG and DTA analysis revealed the presence of Co²⁺ retards the decomposition of ferric hydroxide and the formation of -Fe₂O₃. The kinetics of decomposition showed that the mixed samples need higher energy to achieve thermolysis. The investigation of thermal products of mixed samples indicated the formation of cobalt ferrite on addition ofx=1 or 1.5 cobalt hydroxide. The electrical conductivity accompanying the thermal decomposition decreases in presence of low ratio of Co²⁺ (x=0.2) via the consumption of holes created during thermal analysis. The continuous increase in values on increasing of Co²⁺ concentration corresponded to the electron hopping between Fe²⁺ and Co³⁺.

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Zusammenfassung Mittels TG, DTA und der Kinetik von Messungen der isothermen Zersetzung und der elektrischen Leitfähigkeit wurde die Zersetzung von Fe(OH)₃ in reinem Zustand und vermengt mit Co(OH)₂ untersucht. Die thermischen Produkte wurden mittels Röntgendiffraktion und IR-Spektroskopie charakterisiert. TG und DTA zeigen, daß die Zersetzung von Eisen(III)-hydroxid und die Bildung von -Fe₂O₃ durch Gegenwart von Co²⁺ verzögert wird. Die Zersetzungskinetik zeigt, daß die Mischproben mehr Energie für die Thermolyse benötigen. Die Untersuchung der thermischen Produkte zeigt die Bildung von Cobaltferrit bei Zusatz vonx=1 oder 1,5 Cobalthydroxid. Die elektrische Leitfähigkeit nimmt bei der thermischen Zersetzung in Gegenwart von niedrigen Co²⁺-Konzentrationen (x=0.2) durch Verbrauch der bei der Thermoanalyse geschaffenen Löcher ab. Das monotone Ansteigen der -Werte bei steigender Co²⁺-Konzentration stimmt mit dem Überspringen von Elektronen zwischen Fe²⁺ und Co³⁺ überein.

     

Catalytic Effect of Some Chromites on the Thermal Decomposition of KClO4. Mechanistic and non-isothermal kinetic studies

The catalytic effect of two different groups of chromites on the non-isothermal decomposition of KClO₄was studied. TG and DSC curves of the thermal behaviour obtained for KClO₄-alkaline earth chromites (Series 1) mixtures indicate the formation of K₂Cr₂O₇, through a solid-solid interaction, before accelerating the decomposition stage of KClO₄. Such an accelerating effect becomes more pronounced in the case of admixing KClO₄ with some transition metal chromites (Series 2). The results were discussed taking into consideration the electronic configuration of cations and the electrical properties of the chromite catalysts. The presence of coordinatively active cations, able to form surface complex with the oxygen of the perchlorate anion, was proved to be necessary for obtaining an active catalyst. The kinetic parameters and models describing the catalyzed thermal decomposition process of KClO₄ were evaluated by using a computer program that allows the analysis using five different methods. It was found that the adopted kinetic model for pure KClO₄ and that mixed with catalysts from Series 1 is one-dimensional movement of phase boundary. On the other hand, random nucleation mechanism was achieved in the presence of catalysts from Series 2. Finally, a tentative reaction mechanism consistent with the obtained results was suggested. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Influence of metal oxide additives on the kinetics of isothermal decomposition of ammonium metavanadate

The kinetics of isothermal decomposition of ammonium metavanadate (AMV) and its mixtures with MgO, CaO, CuO and NiO — in the molar ratio of 21 — were investigated. The computer — oriented kinetic analysis of the-t data reveals the validity of Ginstling-Brounshtein equation to describe these reactions. The accelerating effect accompanying the MgO addition can be attributed to its affinity to abstract protons. In case of CaO, the formation of the relatively stable Ca(OH)₂ during the proceeding of the decomposition process results in a retarding effect. On the other hand, the higher calculatedE _a, value for the AMV + CuO mixture was explained in terms of a solid-solid interaction between CuO and the solid decomposition product, leading to the formation of Cu₃(VO₄)₂. According to electronic factors, the effect of NiO addition on the decomposition process was discussed. It was found that the decomposition process is less favourable in presence ofp-type semiconducting additive.

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Zusammenfassung Es wurde die Kinetik der isothermen Zersetzung von Ammoniummetavanadat (AMV) und von Gemischen aus AMV mit MgO, CaO, CuO und NiO im Molverhältnis 21 untersucht. Eine computergestützte kinetische Analyse dert Daten erwies die Gültigkeit der Ginstling-Brounshtein-Gleichung zur Beschreibung dieser Reaktionen. Der beschleunigende Effekt bei Zugabe von MgO kann dessen Neigung zum Entzug von Protonen zugeschrieben werden. Im Falle von CaO führt die Bildung von relativ stabilem Ca(OH)₂ während des Zersetzungsvorganges eher zu einer Verlangsamung. Die hohen berechneten E_a2-Werte für das AMV + CuO-Gemisch können mit einer Feststoff-Feststoff-Wechselwirkung zwischen CuO und dem festen Zersetzungsprodukt erklärt werden, wobei Cu₃(VO₄)₂ gebildet wird. Der Einfluß von NiO-Zugabe auf den Zersetzungsprozeß wurde hinsichtlich elektronischer Faktoren diskutiert. Man fand, daß die Gegenwart vonp-Halbleiterzusätzen für den Zersetzungsvorgang weniger günstig ist.

     

Action of salt formation on the bifunctional nature of 12-molybdophosphoric acid and their relationship to the catalytic activity

The acidic properties and the catalytic activity of 12-molybdophosphates (M _x/n ⁿ⁺ H_3-x PMo₁₂O₄₀;M = Cu²⁺, Bi³⁺, Cr³⁺ andX=1–3) have been studied. The results are discussed as the effect of these catalyst components on the partial charge on oxygen atom which is in a relation with the acidity. It is shown that the oxygen-hydrogen bond is weakened as the value of partial charge on oxygen (– ₀) becomes more negative, while the vapor-phase dehydration activity of 2-propanol was explained on the basis of the reacting zone wideness taking into account the pseudo liquid phase nature of the heteropoly compounds. A correlation of the percentage conversion of 2-propanol with the fractional charge on the molybdenum atom was successful to interpret the effect of the redox properties of these catalysts on their catalytic activity.

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Auswirkung der Salzbildung auf die bifunktionelle Natur der 12-Molybdänphosphorsäure und ihre Beziehung zur katalytischen AKtivität

Zusammenfassung Es wurden die sauren Eigenschaften und die katalytische Aktivität von 12-Molybdänphosphaten (M _x/n ⁿ⁺ H_3-x PMo₁₂O₄₀;M = Cu²⁺, Bi³⁺, Cr³⁺ andX=1–3) untersucht. Die Ergebnisse werden bezüglich der Partialladung am Sauerstoffatom diskutiert, wobei gezeigt wird, daß die Sauerstoff—Wasserstoff-Bindung mit negativerem Sauerstoff schwächer wird, während die katalytische Dampfphasen-Dehydrierungsaktivität an 2-Propanol mit der Reaktionszone der pseudoflüssigen Struktur der Heteropolyverbindungen in Zusammenhang gebracht werden kann. Die Redox-Eigenschaften der Katalysatoren beim prozentuellen Umsatz der Reaktion von 2-Propanol sind direkt mit der fraktionellen Ladung am Molybdänatom zu korrelieren.

     

Kinetic analysis of isothermal,non-isothermal and catalysed thermal decomposition of malonic acid

A comparative study of the isothermal and non-isothermal decompositions of malonic acid has been carried out using the gasometric technique at atmospheric pressure. Under isothermal conditions, the results indicate two different mechanisms. At lower operating temperatures the decomposition process is governed by first-order kinetics, while at higher temperatures it is controlled by the random nucleation Erofeev equation. Analysis of the non-isothermal TG curves proved the advantageous use of this technique. It provides quick and valid information about the thermal decomposition kinetics of malonic acid, both in the pure state and when catalysed by solid 12-molybdophosphoric acid and its bismuth salts. Via the applicability of a non-isothermal kinetic equation, it was demonstrated that the factor causing the enhancement effect of these catalysts is mainly electronic in nature.

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Zusammenfassung Mittels Gasometertechnik bei atmosphärischem Druck wurde eine vergleichende Betrachtung der isothermen und nichtisothermen Zersetzung von Malonsäure durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen unter isothermen Bedingungen zwei verschiedene Mechanismen. Während die Zersetzungsprozesse bei niedrigeren Temperaturen durch eine Reaktionskinetik erster Ordnung bestimmt werden, findet bei höheren Temperaturen die Randomkeimbildungsgleichung von Erofeev Anwendung. Diese Technik konnte bei der Auswertung der nichtisothermen TG-Kurven vorteilhaft angewendet werden. Sie liefert schnelle und stichhaltige Informationen über die thermische Zersetzungkinetik von Malonsäure sowohl rein als auch in Gegenwart eines Katalysators, der in Form von 12-Molybdatophosphorsäure oder deren Bismutsalzen als Feststoffkatalysator beigemischt wird. Auf der Basis der Anwendbarkeit der nichtisothermen Kinetikgleichung konnte gezeigt werden, daß der Verstärkungseffekt dieser Katalysatoren hauptsächlich auf Faktoren elektronischer Natur zurückgeführt werden kann.

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Role of the structural and electronic properties of molybdenum trioxide catalysts on the structure-sensitive oxidation of methanol to formaldehyde

Summary As catalysts for selective oxidation, molybdenum trioxide catalysts—prepared by two different methods—have been investigated. The results of vapor-phase oxidation of methanol are discussed on the basis of the acidic property, oxidizing functions, and the crystallographic structure of the catalysts. It was found that the acidic property is not the sole factor deciding the catalytic activity. Electrical conductivity measurements proved that molecular oxygen in the gas feed is necessary for maintaining the catalysts active. The difference in the catalytic activity and selectivity were reasonably interpreted in view of the structure sensitivity of those catalysts. A redox mechanism is also discussed in this paper.

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Der Einfluß von strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Molybdäntrioxidkatalysatoren auf die struktursensitive Oxidation von Methanol zu Formaldehyd

Zusammenfassung Auf zwei verschiedene Arten hergestellte Molybdäntrioxidkatalysatoren wurden für selektive Oxidationen untersucht. Die Ergebnisse der Dampfphasenoxidation von Methanol werden auf Basis der sauren Eigenschaften, der oxidierenden Funktionen und der kristallographischen Struktur der Katalysatoren diskutiert. Es wurde festgestellt, daß die sauren Eigenschaften zur Erklärung der entscheidenden Wirksamkeit der Katalysatoren nicht alleine verantwortlich sind. Elektrische Leitfähigkeitsmessungen zeigten, daß molekularer Sauerstoff im zugeleiteten Gas zur Erhaltung der katalytischen Aktivität notwendig ist. Die Unterschiede in der Katalysatoraktivität und der Selektivität sind aus der Struktur der Katalysatoren zu erklären. Es wird ein adäquater Redox-Mechanismus diskutiert.