Катализаторы для окислительно-восстановительного взаимодействия оксидов азота и углерода (II) - Автореферат

Наиболее опасными токсичными примесями, содержащимися в газовых выбросах, являются монооксид углерода (СО), углеводороды (СН) и оксиды азота (NOX). К катализаторам очистки газовых выбросов предъявляют жесткие требования: высокая каталитическая активность, селективность, термостабильность, механическая прочность, небольшое гидравлическое сопротивление, стабильность в течение длительного времени работы, эффективность при больших объемных скоростях газового потока. Поставленная цель достигается решением следующих задач: 1) установить влияние способа приготовления каталитических систем на их активность в реакции окислительно-восстановительного превращения оксидов азота и монооксида углерода при механическом смешивании, механохимической активации и ультразвуковом воздействии (УЗВ) на каталитические системы; Научная новизна работы заключается в том, что: 1) впервые разработан метод формирования алюмоникельмедных катализаторов под воздействием ультразвука, предложен оптимальный состав и методика получения нового 3 % Cu, 2 % Ni/ Al2О3 (УЗО) катализатора для комплексного (до уровня ПДК) обезвреживания газовых выбросов от NOX и СО; 2) установлено, что на поверхности алюмоникельмедного катализатора, полученного под воздействием ультразвука, окислительно-восстановительное взаимодействие оксидов азота и оксида углерода (II) протекает через образование карбонатно-карбоксилатных, нитритых и нитратных комплексов;Разработанные каталитические системы изучены с помощью комплекса физико-химических методов: структура катализаторов и носителей - методом ртутной порометрии; оценка активных центров каталитических систем и промежуточных соединений на поверхности катализаторов - методом ИК-спектроскопии на инфракрасном Фурье спектрофотометре (Infralum FT-801); состояние поверхности катализаторов - методом рентгенофазового анализа на приборе ДРОН-3 с Cu-K? излучением. В реакции восстановления оксидов азота монооксидом углерода наименьшую активность проявил катализатор ГГТ, степень превращения NOX не превышает 70 % при температуре 500 ?С. Степень превращения оксида углерода (II) при температуре 350 ?С составляет 60 %, затем с увеличением температуры она растет и лишь при температуре 500 ?С достигает 100 % степени очистки от оксидов азота и углерода (II). Степень превращения СО достигает 100% при температуре 200°С, а полное восстановление оксидов азота достигается при температуре так же как и у катализатора НКО-2-3 : НТК-10[ФХМ(М)]Ф = 1:1 (МС) при 500°С. 7 представлена зависимость степени превращения NOX и СО от температуры на катализаторе НТК-10[ФХМ(М)]Ф до и после обработки его ультразвуком при частоте 22 КГЦ и времени воздействия 1 минута.На основе теоретических и экспериментальных данных разработаны новые высокоэффективные полиметаллические (алюмоникельмедные и металлоцементные) катализаторы, не содержащие в своем составе благородных металлов, предназначенные для реакции селективного каталитического восстановления оксидов азота монооксидом углерода в газовых выбросах процессов горения углеводородных топлив. Установлено, что окислительно-восстановительное взаимодействие оксидов азота и оксида углерода (II) на поверхности алюмоникельмедного катализатора, полученного под действием УЗО, протекает через образование карбонатно-карбоксилатных и нитрит-нитратных комплексов, адсорбированных на активных центрах катализатора 3 % Cu, 2 % Ni/Al2О3.

Основное содержание работыОсновное содержание работы изложено в следующих публикациях

1. Кожахина А.В., Голосман Е.З., Ливенцев П.В. и др. // Известия Вузов. Химия и химическая технология. 2008. Т. 51. №7. С. 106-108.

2. Иванова Ю.В., Кожахина А.В. Ультразвуковое воздействие на катализаторы детоксикации газовых выбросов // Материалы XIX Международной научно-технической конференции "Реактив-2006". Уфа, 2006. С. 183 - 184.3. Иванова Ю.В., Кузьмина Р.И., Кожахина А.В. Влияние ультразвукового воздействия на каталитические системы детоксикации газовых выбросов // Тез. докл. Всерос. научн. конф. "Переработка углеводородного сырья комплексные решения". Самара, 2006. С. 41 - 42.

4. Иванова Ю.В., Кузьмина Р.И., Кожахина А.В. Комплексная очистка дымовых газов промышленности и автотранспорта от оксидов азота и углерода (II) // Материалы III-й Международной научно-технической конференции "Наука образование, производство в решении экологических проблем". Уфа: НИИ бжд рб, 2006. Т. 2. С. 33 - 35.

5. Иванова Ю.В., Кузьмина Р.И., Кожахина А.В. Гетерогенные катализаторы комплексной очистки дымовых газов от оксидов азота и углерода (II). // Материалы IV Международной конференции "Сотрудничество для решения проблемы отходов". Харьков, 2007. С. 157 - 159.

6. Иванова Ю.В., Кузьмина Р.И., Кожахина А.В. Каталитическая очистка выхлопных газов автотранспорта от оксидов азота и углерода (II). // Тез.докл. III Международной конференции "Катализ: теория и практика". Компакт - диск (CD). Новосибирск, 2007. Т. 2. С. 534 - 536.

7. Кожахина А.В., Иванова Ю.В., Ливенцев П.В. Влияние ультразвуковой обработки на алюмоникельмедные катализаторы очистки выхлопных газов. // Сб. статей общероссийской с международным участием научной конференции "Полифункциональные химические материалы и технологии". Томск, 2007. С. 333 - 338.

8. Кожахина А.В., Иванов Ю.В. Влияние ультразвукового воздействия на приготовление катализаторов детоксикации газовых выбросов. // Сб.тезисов XVII Российской молодежной научной конференции "Проблемы теоретической и экспериментальной химии". Екатеринбург, 2007. С. 227 - 228.

9. Кожахина А.В. Влияние ультразвука на активность алюмоникельмедных катализаторов восстановления оксидов азота монооксидом углерода. // Тез. докл. XLIII всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии. Москва: ипк РУДН, 2007. С. 51.

10. Кожахина А.В., Иванова Ю.В., Ливенцев П.В. Новые методы приготовления катализаторов очистки выхлопных газов промышленности и автотранспорта. // Сб. науч. статей III-й Всесоюзной научно-практической конференции "экологические проблемы промышленных городов". Саратов, 2007. С. 130 - 134.

11. Кожахина А.В., Иванова Ю.В., Кузьмина Р.И. Сопряженное окисление СО и NOX на алюмоникельмедных катализаторах приготовленных в экстремальных условиях. // Сб. докл. 5-го Международного конгресса по управлению отходами и природоохранными технологиями "ВАЙСТТЭК-2007". Москва, 2007. С. 330 - 331.

12. Кожахина А.В., Иванова Ю.В., Кузьмина Р.И., Ливенцев П.В. Катализаторы очистки газовых выбросов двигателей внутреннего сгорания от NOX и CO (II). // Сб. науч. статей VI-ой Всероссийской интерактивной конференции молодых ученых с международ. участием "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии". Саратов: Научная книга, 2007. С. 22 - 25.

13. Кожахина А.В., Кузьмина Р. И., Иванова Ю.В. Катализатор комплексной очистки газовых выбросов автотранспорта. // Сб. трудов молодых ученых первого международного экологического конгресса (третьей международной научно-технической конференции) "Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов elpit 2007" Тольятти ТГУ, 2007. С. 284 - 287.

14. Кожахина А.В., Иванова Ю.В., Кузьмина Р.И., Очистка дымовых газов. // Сб. науч. статей VI-ой Всероссийской интерактивной конференции молодых ученых с международ. участием "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии". Саратов: Научная книга, 2007. С. 25 - 26.

15. Кузьмина Р.И., Кожахина А.В., Иванова Ю.В. Синтез катализаторов очистки дымовых газов. // Тез. докл. XVIII-ого Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Москва, 2007. С. 1521.

16. Ливенцев П.В., Иванова Ю.В., Кожахина А.В. Каталитическая очистка газовых выбросов от особоопасных и специфических загрязнителей. // Сб. науч. статей VI-ой Всероссийской интерактивной конференции молодых ученых с международ. участием "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии". Саратов, 2007. С. 31 - 33.

17. Кузьмина Р.И., Иванова Ю.В. Кожахина А.В. Исследование активности промышленных катализаторов в процессах обезвреживания газов. // Известия Саратовского университета. Сер. Химия. Биология. Экология,. Саратов, 2008. Т. 8. вып. 1. С 56-58.

18. Кузьмина Р.И., Кожахина А.В., Иванова Ю.В., Ливенцев П.В. Охрана окружающей среды в нефтепереработке. // Учебное пособие. Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 2007. 124 с.

Размещено на .ru

1. На основе теоретических и экспериментальных данных разработаны новые высокоэффективные полиметаллические (алюмоникельмедные и металлоцементные) катализаторы, не содержащие в своем составе благородных металлов, предназначенные для реакции селективного каталитического восстановления оксидов азота монооксидом углерода в газовых выбросах процессов горения углеводородных топлив. Катализаторы получены методами пропитки носителя растворами активных компонентов и воздействием ультразвука.

2. Установлено, что окислительно-восстановительное взаимодействие оксидов азота и оксида углерода (II) на поверхности алюмоникельмедного катализатора, полученного под действием УЗО, протекает через образование карбонатно-карбоксилатных и нитрит-нитратных комплексов, адсорбированных на активных центрах катализатора 3 % Cu, 2 % Ni/Al2О3. Предложен механизм окислительно-восстановительного взаимодействия оксидов азота и углерода (II) включающий адсорбцию NOX, CO и образование промежуточного интермедиата, распадающегося на адсорбированный СО2 с отщеплением адсорбированного азота дающего молекулярный азот.

3. Впервые показано, что ультразвуковая обработка промышленных катализаторов НКО-2-3 к84 и НТК-10 [ФХМ(М)]Ф способствует повышению их активности в процессе комплексной очистки газовых выбросов от СО и NOX при низких температурах (100 - 200 °С).

4. Впервые предложены оптимальный состав и методика получения нового 3 % Cu, 2 % Ni/ Al2О3 (УЗО, 22КГЦ, 1 мин) катализатора для полного обезвреживания газовых выбросов от NOX и СО в низкотемпературной области (100 °С) и объемной скорости - 5000 ч-1.

5. Показано, что предложенный способ приготовления катализаторов позволяет изменить их фазовый состав за счет образования структур шпинельного типа и повысить, тем самым, активность в реакции совместного обезвреживания оксидов азота и углерода (II).

6. Выявлен ряд активности промышленных металлоцементных катализаторов: ГТТ < НТК-10-2ФМ < НТК-10 [ФХМ(М)] < НТК-10[ФХМ(М)]Ф = 1:1 (МХС) < НТК-10[ФХМ(М)]Ф = 1:1 (МС) < НТК-10[ФХМ(М)]Ф (УЗО) < НКО-2-3 < НКО-2-3 (УЗО) обусловленный составом и методами приготовления катализаторов и принципиальная возможность их использования в процессе обезвреживания газовых выбросов от NOX и СО.