Состояние поверхностных слоев и закономерности адсорбции органических соединений на скелетном никеле из водных и водно-спиртовых растворов - Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ АДСОРБЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА СКЕЛЕТНОМ НИКЕЛЕ ИЗ ВОДНЫХ И ВОДНО-СПИРТОВЫХ РАСТВОРОВ Работа выполнена на кафедре физической и коллоидной химии ГОУ ВПО «Ивановский государственный химики технологический университет» Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Гребенников Сергей Федорович доктор химических наук, профессор Захаров Анатолий Георгиевич Защита состоится «» марта 2007 г. в часов на заседании диссертационного совета К 212.063.01 в ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153000, г.Результаты исследований закономерностей адсорбционных взаимодействий на каталитически активных поверхностях в растворах составляют научно-прикладную основу развития не только теории адсорбции из растворов на поверхности твердых тел, а и жидкофазных гетерогенно-каталитических реакций. Основными реагирующими веществами в реакциях жидкофазной каталитической гидрогенизации, которые находят широкое применение в тонком органическом синтезе при получении разнообразных полупродуктов, красителей, добавок к полимерным материалам, резинам, моторным топливам, фармацевтических субстанций и пр., являются водород и гидрируемые органические соединения. Адсорбционные равновесия различных классов органических соединений с поверхностью металлов и катализаторов на их основе из растворов чаще всего описываются формально в рамках известных моделей Лэнгмюра и Темкина. Вероятно, это связано с невозможностью использования классических экспериментальных методов в решении таких задач: адсорбция гидрируемых органических соединений всегда сопровождается параллельным протеканием как реакций гидрогенизации реагирующих веществ адсорбированным водородом, так и побочных процессов, связанных с их химическим взаимодействием с компонентами гетерогенных катализаторов. В связи с вышеизложенным работы, посвященные исследованиям термодинамики адсорбции из растворов на металлах и катализаторах на их основе, представляются актуальными, а полученные в ходе их выполнения результаты имеют как теоретическое, так и прикладное значение.В обзоре литературы рассмотрены физико-химические свойства и структура поверхности никеля и никелевых катализаторов, результаты исследований закономерностей адсорбции органических соединений и состояния поверхностных слоев твердых адсорбентов в процессах адсорбции из растворов. Если реакцию жидкофазной гидрогенизации провести в закрытой системе, которая одновременно является калориметром, то из материального и теплого балансов системы к данному моменту времени t опыта после преобразований можно получить уравнения для расчета величин избыточной адсорбции ГR и интегральной теплоты адсорбции Qa(R) органического соединения при некоторой концентрации адсорбата в объемной фазе CR: где - начальная концентрация органического соединения; - теплота реакции гидрогенизации; и Qt - концентрация продукта реакции и количество теплоты, выделившееся в ходе реакции к моменту времени t; mk - масса катализатора в опыте; VS - объем растворителя. Показано, что экспериментальная задача в измерении величин и теплот адсорбции органических соединений из растворов на металлах и катализаторах на их основе непосредственно в ходе реакций жидкофазной гидрогенизации заключается в измерении концентраций реагирующих веществ и количества теплоты, выделившейся к данному моменту времени протекания реакции, проведенной в закрытой калориметрической системе. 2-7 приведены примеры изотерм адсорбции стирола и ацетона на скелетном никеле из бинарных растворителей 2-пропанол-вода, зависимости дифференциальных теплот адсорбции органических соединений от количества адсорбированного вещества, рассчитанные численным дифференцированием аналогичных зависимостей интегральных теплот адсорбции, а также двумерные диаграммы состояния поверхностных слоев скелетного никеля, полученные из экспериментальных изотерм адсорбции специально разработанным методом. Значения двумерных поверхностных давлений в поверхностном слое находили из интеграла Гиббса численными методами, а мольные площади - из величин адсорбции органических соединений.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Sharonov, N.Yu. An adsorption calorimetry study of the adsorption of acetone on Raney-nickel under conditions of liquid-phase hydrogenation / N.Yu. Sharonov, M.V. Ulitin, М.V. Lukin // Rus. J. Phys. Chem. 2006.- V. 80.- Suppl. 1.- P. S116-S121.

2. Шаронов, Н.Ю. Адсорбция органических соединений из растворов на металлах и катализаторах на их основе / Н.Ю. Шаронов, М.В. Лукин, М.В. Улитин // Коллект. Монограф.: Проблемы термодинамики поверхностных явлений и адсорбции.- Иваново, 2005.- C. 102-128.

3. Шаронов, Н.Ю. Закономерности формирования поверхностных слоев в процессах адсорбции органических соединений на скелетных никелевых катализаторах / Н.Ю. Шаронов, М.В. Улитин, М.В. Лукин // Сб.: Труды X Всеросс. Семинара "Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции".- Иваново, Плес.- 2006.- С.78-79.

4. Шаронов, Н.Ю. Изотермы и теплоты адсорбции ацетона на скелетном никеле в ходе реакции жидкофазной гидрогенизации / Н.Ю. Шаронов, М.В. Улитин, М.В. Лукин // Сб.: Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии.- М.: ИД «Граница».- 2006.- С. 351-355.

5. Шаронов, Н.Ю. Уравнения состояния поверхностного слоя и изотерммы адсорбции органических соединений на скелетном никеле из растворов / Н.Ю. Шаронов, М.В. Улитин, М.В. Лукин // Сб.: Труды IX Всеросс. Семинара "Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции".- Иваново, Плес.- 2005.- С.77-78.

6. Шаронов, Н.Ю. Процессы, протекающие в поверхностных слоях скелетного никеля в условиях реакции жидкофазной гидрогенизации ацетона / Н.Ю. Шаронов, М.В. Лукин, М.В. Улитин // Сб.: Труды VIII Всеросс. семинара "Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции".- Иваново, Плес.- 2004.- С.59-61.

7. Шаронов, Н.Ю. Закономерности адсорбции ацетона на скелетном никеле из водных растворов 2-пропанола / Н.Ю. Шаронов // Сб.: V Региональная научная конференция «Фундаментальные науки - специалисту нового века». - Иваново.- 2004.- С. 41-42.

8. Барбов, А.В. Использование калориметрии в определении теплот адсорбции водорода на поверхности пористого никеля / А.В. Барбов, М.В. Лукин, М.В. Улитин, Н.Ю. Шаронов // Сб.: Тезисы докладов Всеросс. Научного симп. по термохимии и калориметрии.- Н. Новгород: Изд-во ННГУ.- 2004.- С. 229.

9. Шаронов, Н.Ю. Влияние состава и природы растворителя на величины адсорбции водорода скелетными никелевыми катализаторами / Н.Ю. Шаронов, М.В. Лукин, А.В. Барбов, М.В. Улитин // Сб.: "Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции" VI Всероссийского семинара.- Иваново, Плес.-2002 - с.73-75.

Размещено на .ru