Синтез каталітичних систем на основі цеолітів і діоксину цирконію. Вплив умов синтезу і модифікування оксидами перехідних металів та промотування родієм на фізико-хімічні характеристики каталізаторів. Кислотні властивості поверхні каталізаторів.
Аннотация к работе
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИРобота виконана в Інституті фізичної хімії імені Л.В.Писаржевського Національної Академії наук України. Науковий керівник: доктор хімічних наук, старший науковий співробітник Орлик Світлана Микитівна, Інститут фізичної хімії ім.Л.В.Писаржевського НАН України, завідувач відділу Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор Патриляк Казимир Іванович Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, завідувач відділу синтез цеоліт промотування каталізатор кандидат хімічних наук Терещенко Ганна Дмитрівна Інститут газу НАН України, провідний науковий співробітник Захист відбудеться 17.12.2002 р. о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.190.01 в Інституті фізичної хімії ім.Емісія оксидів азоту в атмосферу складає 30 млн тонн на рік, більша частина з них має антропогенне походження. Одним з найбільш ефективних методів знешкодження викидних газів від оксидів азоту є каталітичне відновлення різними відновниками (СО, CNHM), для кисеньвмісних газів - селективне каталітичне відновлення (СКВ-процес), при цьому забезпечується комплексність очистки. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі: 1) синтезувати каталітичні системи на основі цеолітів і діоксиду цирконію та вивчити вплив умов синтезу і модифікування оксидами перехідних металів та промотування родієм на фізико-хімічні характеристики каталізаторів; 2)дослідити каталітичні властивості отриманих систем в процесі СКВ; 3) для зясування природи активних центрів вивчити кислотні властивості поверхні каталізаторів та соадсорбцію реагентів і встановити можливий механізм перебігу процесу відновлення NOX вуглеводнями. Встановлено, що допування Н-форм цеолітів (пентасилів і морденітів) катіонами лужно-земельних металів і магнію значно підвищує їх активність в СКВ-процесі і стійкість до дії діоксиду сірки, на основі чого розроблено і запатентовано активні сірчаностійкі каталізатори. Методом ІЧ-спектроскопії вперше показано, що при модифікуванні діоксиду цирконію оксидами перехідних металів (зокрема Cr2O3) зявляються бренстедівські кислотні центри (В-центри), які мають визначальну роль в процесі селективного каталітичного відновлення монооксиду азоту нижчими вуглеводнями як центри активації вуглеводню-відновника.У другому розділі охарактеризовано експериментальні методи дослідження: вихідні компоненти реакційних газових сумішей для вивчення реакції відновлення оксидів азоту легкими вуглеводнями, наведено методику досліджень каталітичних властивостей синтезованих систем в СКВ-процесі, а також інструментальні методи дослідження. Модифікування зразків морденітвмісної породи включало наступні стадії: 1) кислотна обробка зразків 0.25-5.0 н. розчинами H2SO4 з метою їх декатіонування і деалюмінування протягом 3-х годин при температурі 100 0С у співвідношенні твердої і рідкої фаз 1:10; 2) рекатіонування зразків шляхом наступних багатократних обробок декатіонованих і деалюмінованих зразків розчином, який містить 0.1 н. Четвертий розділ вміщує результати дослідження каталітичних властивостей діоксиду цирконію, синтезованого різними методами; ZRO2, легованого оксидом ітрію та допованого оксидами перехідних металів (хром, кобальт, церій), в реакції селективного відновлення оксидів азоту С3-С4-вуглеводнями. Для зразків на основі діоксиду цирконію (зразки 3-5) такої залежності каталітичної активності від кількості нанесеного кобальту не спостерігається, як і від способу приготування ZRO2 (зразки 4, 5 табл. На зразку 10% COO/НЦВН (кобальт наносили методом просочування) конверсія NO=25% при температурі 320 0С, тоді як на СОНЦВН (іонний обмін в твердій фазі) 80%-а конверсія NO досягається при температурі 310 0С, що свідчить про роль локалізації активного металу на носії.Аналіз літературних даних показує, що на сьогодні у світі широко досліджуються цеолітні та оксидні каталізатори в процесі селективного відновлення оксидів азоту вуглеводнями і, незважаючи на значну кількість запатентованих каталізаторів, дотепер відсутні каталітичні системи, придатні для практичного застосування. В результаті систематичних досліджень каталітичних і кислотних властивостей каталізаторів методами ТПДА та ІЧ-спектроскопії встановлено визначальну роль їх біфункціональності в досліджуваному процесі. Виявлено умови хімічного модифікування природних морденітів, яке включає стадії декатіонування з частковим деалюмінуванням, рекатіонування і наступне декатіонування, при цьому збільшується концентрація сильних кислотних центрів, підвищується активність каталізаторів і стійкість до впливу діоксиду сірки в процесі селективного відновлення NO до азоту пропан-бутановою сумішшю. Встановлено, що допування Н-форм цеолітів (пентасилів і морденітів) катіонами лужно-земельних металів і магнію значно підвищує їх активність і стійкість до дії діоксиду сірки, на основі чого розроблено і запатентовано сірчаностійкі каталізатори СКВ-процесу.