Порядок проведення синтезу нанодисперсних каталізаторів на основі оксиду алюмінію та діоксиду цирконію. Вплив умов приготування, наявності модифікуючих добавок, природи носія і оксиду перехідного металу на фізико-хімічні властивості каталізаторів.
Аннотация к работе
Екологічно чистим і ресурсозберігаючим методом одержання енергії з метану є його каталітичне спалювання, при якому, на відміну від факельного горіння, 95-100% конверсія CH4 в СО2 відбувається при температурах нижче 800 0С, що дозволяє суттєво підвищити ККД процесу і забезпечує рівень емісії NOX близько 1 ppm. Реакції глибокого окислення вуглеводнів, зокрема метану, на каталізаторах, що містять благородні метали, є структурно-чутливими, тобто їх швидкість залежить від розміру часток активного компоненту. Писаржевського НАН України «Розробка каталізаторів нового покоління для знешкодження токсичних газових викидів» (№ держреєстрації 0100U006232), за проектами «Фундаментальні основи створення нових каталізаторів знешкодження газових викидів і каталітичного спалювання палив» цільової програми НАН України «Фундаментальні основи створення нових речовин і матеріалів і фізико-хімічні принципи управління хімічними реакціями» (№ держреєстрації 0102U007212) та «Розробка наукових основ створення нових нанофазних каталізаторів» комплексної програми фундаментальних досліджень НАНУ «Наноструктурні системи, наноматеріали і нанотехнології» (№ держреєстрації 0103U006607). Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі: 1) синтезувати нанодисперсні каталізатори на основі оксиду алюмінію та діоксиду цирконію; 2) вивчити вплив умов приготування, наявності модифікуючих добавок, природи носія і оксиду перехідного металу на фізико-хімічні властивості каталізаторів; 3) дослідити каталітичні властивості одержаних оксидних систем в процесі глибокого окислення метану; 4) вивчити вплив структурно-розмірних, особливо нанорозмірного, факторів на активність і термічну стабільність каталізаторів; 5) дослідити взаємозвязок між окисно-відновними, кислотними і каталітичними властивостями розроблених нанокомпозитів. Встановлено, що нанесення активного компонента (оксиди марганцю) і стабілізуючих добавок (оксиди La, Ba, Sr) в нерівноважних умовах забезпечує високу активність і термостабільність алюмомарганцевих каталізаторів в результаті диспергування активних компонентів (розмір часток L ~ 3 нм) в поруватій матриці носія Al2O3, збереження нанорозмірності часток оксиду алюмінію і стабілізації його низькотемпературних модифікацій (?-і ? - Al2O3), на основі чого запропоновано удосконалений спосіб приготування нанесених нанорозмірних каталізаторів.Розглянуто переваги і недоліки каталізаторів різних класів (прості оксиди, сполуки типу перовскитів, шпінелей, модифіковані нанесені металеві та оксидні системи), обґрунтовано вибір хімічного складу каталізатора і способу його приготування. В третьому розділі представлено результати дослідження впливу способу приготування, наявності модифікуючих добавок (La, Ba, Sr) і природи оксиду перехідного металу (Mn, Co, Cr, Cu) на активність і термостабільність високодисперсних алюмооксидних каталізаторів. Алюмомарганцеві каталізатори синтезували двома способами: запропонованим нами методом імпрегнування носіїв пересиченими розчинами солей активних металів в нерівноважних умовах при підвищеній температурі (метод I) та традиційним просочуванням носіїв сумішшю розчинних солей металів (метод II). Каталізатор на ШН-2 характеризується більш широкою (170-650ОС) та менш інтенсивною областю поглинання водню у порівнянні з каталізатором на А-1 (250-550ОС). Розмитий максимум на кривій ТПВ для каталізатора на ШН-2 свідчить про прояв внутрішнього розмірного ефекту в алюмомарганцевій наносистемі, що полягає у зниженні температури відновлення оксиду марганцю до 170ОС при зменшенні розміру його часток.Запропоновано вирішення актуальних наукових задач - розробка способів збільшення дисперсності і досягнення оптимального стану каталізаторів; визначення впливу структурно-розмірних, особливо нанорозмірного, чинників на активність і термічну стабільність каталізаторів; зясування взаємозвязку між окисно-відновними, кислотними і каталітичними властивостями розроблених нанокомпозитів. Використання нових підходів для цілеспрямованого регулювання структурно-розмірних характеристик складних оксидних систем (створення умов для формування нанорозмірних фаз як носія, так і активного компоненту) дозволило одержати високоактивні та термічно стабільні каталізатори глибокого окислення метану. Запропоновано удосконалений спосіб приготування нанесених нанорозмірних каталізаторів у нерівноважних умовах, який забезпечує диспергування активних компонентів - оксидів марганцю (L ~ 3 нм) і стабілізуючих добавок (оксиди La, Ba, Sr) у пористій матриці носія Al2O3, збереження нанорозмірності часток оксиду алюмінію і стабілізацію його низькотемпературних модифікацій (?-і ?-Al2O3), що обумовлює високу активність алюмомарганцевих каталізаторів (100% конверсія метану досягається при температурах 550-600ОС). Виявлено фазовий розмірний ефект в процесі високотемпературної обробки алюмомарганцевих каталізаторів (900ОС, 5 год.), що полягає в зниженні температури фазових перетворень оксиду алюмінію при зменшенні розміру його часток. Виявлено вплив