Колоїдно-хімічні методи приготування новітніх гетерогенних каталізаторів - Автореферат

Широке використання адсорбційних та каталітичних процесів в різних галузях промисловості потребує постійного збільшення асортименту адсорбентів, каталізаторів та носіїв каталітично активних фаз. Розробка новітніх технологій приготування гетерогенних каталізаторів „зеленої хімії”, зокрема знешкодження газових викидів оксидів азоту, розвивається у двох напрямках: створення активних модифікаторів до існуючих промислових каталізаторів та пошук нових матеріалів, використання яких дозволить збільшити ефективність виробництва з одночасним здешевленням його вартості. Це зумовлює зростаючу зацікавленість фундаментальної та прикладної науки до модифікованих мезоструктурованих кремнеземів, синтетичних цеолітів та шаруватих матеріалів, аналогів природних мінералів, на основі яких останнім часом розроблені нові адсорбенти й каталізатори. Думанського НАН України: за відомчими темами НАН України “Розробка комплексних колоїдно-хімічних підходів при очистці та знезараженні води” (виконавець, № держ. реєстрації 0103U000916, 2003-2006 рр.), “Створення наукових засад управління процесами вилучення і трансформації органічних і неорганічних речовин при обробці води” (виконавець, № держ. реєстрації 0107U000149, 2007-2011 рр.); конкурсна тема “Роль електронного стану наноструктурованих оксидних кластерів катіонів металів перехідної групи в окисно-відновних реакціях у газовому та водному середовищі” (виконавець, № держ. реєстрації 0108U003252, 2008-2009 рр.) у рамках конкурсу спільних наукових проектів НАН України та Російського фонду фундаментальних досліджень; конкурсна тема “Розробка основ створення гетерогенних каталізаторів біодизеля та перетворення побічних продуктів” (виконавець, № держ. реєстрації 0107U007339, 2007-2009 рр.) в рамках цільової програми прикладних досліджень НАН України “Біомаса як паливна сировина”. Мета роботи полягає у розробці колоїдно-хімічних методів створення нових гетерогенних каталізаторів на основі каркасних, структурованих кремнеземів та шаруватих металосилікатів шляхом визначення закономірностей формування їх будови та активних центрів, а також у встановленні взаємозвязку між умовами синтезу, модифікування та фізико-хімічними, каталітичними властивостями цих матеріалів.Обґрунтовано переваги методу приготування цеолітів, ізоморфно-заміщених катіонами заліза, який полягає у використанні комплексоутворювачів, а також переваги модифікування поверхні носіїв методом атомно-пошарового осадження ацетилацетонатних комплексів металів, що дозволяє одержати високодисперсну, рівномірно розподілену на поверхні носія каталітично-активну оксидну фазу. Аналіз науково-технічної та патентної літератури показав актуальність і перспективність проведення досліджень із розробки ефективних гетерогенних каталізаторів на основі каркасних, мезоструктурованих та шаруватих металосилікатів, а також дозволив окреслити напрямок та основні задачі досліджень. Третій розділ присвячено вивченню основних закономірностей синтезу, модифікування та фізико-хімічних властивостей силікатних матеріалів та каталізаторів на їх основі, що містять катіони перехідних металів. Оскільки синтез цеоліту відбувається у присутності лужного аміну - тетрапропіламонійгідроксиду (РН реакційного середовища більше 12), то неможливо уникнути гідролізу сполук заліза з подальшою їх коагуляцією внаслідок зміни координації катіонів Fe3 з тетра-на октаедричну, і, як результат, зниження дисперсності активної фази, що має суттєвий вплив на каталітичну активність. Виходячи з результатів рентгеноструктурного аналізу, спектроскопії дифузного відбивання (ЕСДВ), електронного парамагнітного резонансу та термопрограмованого відновлення воднем, визначено, що комплексоутворюючі агенти, особливо щавлева кислота, суттєво впливають на дисперсність та іммобілізацію катіонів заліза у силікатній матриці.Природа активних центрів поверхні, їх кількість і сила визначають каталітичні властивості гетерогенних каталізаторів, що зумовлює необхідність вивчення властивостей активних центрів синтезованих матеріалів. В роботі показано, що відмінність у реакційній здатності вивчених металосилікатів обумовлена топологічною особливістю та методом введення активної фази. Аналіз отриманих результатів свідчить про те, що природа перехідного металу активної фази суттєво впливає на активність та стабільність каталізаторів. В результаті вивчення кінетичних характеристик реакції деструкції N2O у присутності каталізаторів Fe-MFI(А), приготованих методом хемосорбції ацетилацетонату заліза, показано, що умови попередньої термічної обробки (прожарювання та термічна обробка в атмосфері водяної пари при 973 К) суттєво впливають на їх активність, тобто сприяють утворенню активних центрів. Слід зауважити, що для каталізаторів Cu-MFI зі збільшенням відношення Si/Al і, як наслідок, зі зменшенням кількості катіонно-обмінної міді, константа швидкості практично не змінюється, за виключенням зразка з модулем 30, активність якого значно нижча.У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ