Вплив природи носія і модифікуючих добавок на структурні і функціональні властивості монолітних паладійвмісних каталізаторів відновлення оксидів азоту метаном - Автореферат

бесплатно 0
4.5 299
Дослідження синтезованих каталізаторів в реакції високотемпературного відновлення монооксиду азоту метаном. Встановлення особливостей взаємозв’язку між функціональними (окисно-відновними, кислотними) і каталітичними властивостями одержаних композитів.

Скачать работу Скачать уникальную работу

Чтобы скачать работу, Вы должны пройти проверку:


Аннотация к работе
Для очистки таких газових викидів використовується метод каталітичного відновлення NOX метаном на гранульованому каталізаторі АПК-2, який містить 2% паладію. Аналіз роботи каталізатора АПК-2 показує, що значна частина паладію, яка знаходиться у внутрішній частині гранули, не тільки не бере участі в цільовому процесі, але й стимулює побічні реакції з утворенням небажаних сполук - монооксиду вуглецю, формальдегіду. Сучасною тенденцією в екологічному каталізі є перехід від масивних контактів до більш технологічних структурованих каталізаторів на основі металевих носіїв різних конструкційних форм і керамічних блоків, в першу чергу монолітних каталізаторів стільникової структури, які дозволяють раціональніше використовувати активні компоненти і покращити параметри відповідних хімічних процесів. Слід очікувати, що на керамічних блокових носіях практично весь активний компонент буде брати участь в цільовому процесі, забезпечуючи високу продуктивність каталізатора, а тонкий працюючий шар буде запобігати перебігу побічних реакцій, які спричиняють утворення небажаних продуктів. Для досягнення поставленої мети вирішувались наступні завдання: 1) Вивчення впливу природи прекурсорів, добавок оксидів рідкісноземельних елементів та умов синтезу на фізико-хімічні характеристики (питома поверхня, розмір і фазовий склад) вторинного носія (Al2O3, MGO, TIO2·2SIO2) монолітних каталізаторів на основі керамічних блокових матриць стільникової структури; 2) Розробка методу нанесення вторинного носія на поверхню керамічних блоків; 3) Вивчення впливу способу нанесення, природи та вмісту складових компонентів (активного компоненту, вторинного носія, оксидів перехідних металів, оксидів рідкісноземельних металів) на фізико-хімічні властивості каталізаторів; 4) Дослідження синтезованих каталізаторів в реакції високотемпературного відновлення монооксиду азоту метаном; 5) Встановлення взаємозвязку між функціональними (окисно-відновними, кислотними) і каталітичними властивостями одержаних композитів; 6) Проведення порівняльних випробовувань розроблених каталізаторів в умовах, наближених до промислових.У першому розділі подано огляд літератури, який висвітлює особливості гетерогенно-каталітичних методів нейтралізації високотоксичних оксидів азоту шляхом відновлення з допомогою нижчих вуглеводнів, зокрема найбільш термодинамічно стійкого метану, пропану та пропену. Другий розділ присвячено опису експериментальних методів, які були використані в роботі: кінетичний метод дослідження гетерогенно-каталітичної реакції відновлення монооксиду азоту метаном з хроматографічним контролем реагентів і продуктів; фізико-хімічні методи дослідження структури, складу та властивостей поверхні синтезованих каталітичних систем. Встановлено, що утворення оксинітратів алюмінію різного складу, які є найбільш придатними сполуками для формування шару вторинного носія у вигляді дрібнодисперсного оксиду алюмінію, відбувається в інтервалі температур 140 - 180 0С. Методом РФА встановлено, що всі зразки оксиду алюмінію незалежно від вмісту ОРЗЕ після прожарювання при температурі 550 0С є переважно рентгеноаморфними, що можна пояснити наявністю нітрат-аніонів, здатних стабілізувати цей стан. Згідно літературних даних підвищення кислотності поверхні може сприяти утрудненню переходу паладію в більш активну відновлену форму, уповільненню швидкості дисоціації CH4 і порушенню балансу стадій активації реагентів, що негативно впливає на активність контакту і стримує її зростання за рахунок збільшення поверхні при підвищені вмісту Al2O3.Для збільшення питомої поверхні керамічних блокових матриць із синтетичного кордієриту (2Al2O3·2MGO·5SIO2) з використанням золь-гель технологій розроблено метод нанесення шару дрібнодисперсного Al2O3 як вторинного носія з переважаючим розміром часток близько 2 нм. В результаті дослідження впливу хімічної природи вторинного носія та кількісного співвідношення компонентів (вторинного носія і паладію) на каталітичні властивості в реакції відновлення монооксиду азоту метаном визначено оптимальний склад каталізатора: 0,5%Pd/2%Al2O3 5%La2O3/кордієрит. Це може бути обумовлено тим, що при нанесенні оксиду алюмінію відбувається розвиток поруватої структури, що збільшує каталітичну активність, і підвищення кислотності поверхні, що знижує активність внаслідок ускладнення процесу відновлення паладію і порушення балансу швидкостей стадій активації реагентів. Виявлено, що оксиди рідкісноземельних елементів підвищують селективність відновлення монооксиду азоту до N2 метаном на каталізаторі Pd/Al2O3 в присутності кисню, що може бути обумовлено ефектом накопичувальної здатності по кисню. Встановлено, що каталізатори на основі оксидів перехідних металів (Co, Cr, Mn, Cu), промотовані паладієм характеризуються меншою активністю в реакції NO CH4, ніж ідентичний за вмістом паладію Pd/Al2O3-каталізатор.

План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

Вывод
1. Для збільшення питомої поверхні керамічних блокових матриць із синтетичного кордієриту (2Al2O3·2MGO·5SIO2) з використанням золь-гель технологій розроблено метод нанесення шару дрібнодисперсного Al2O3 як вторинного носія з переважаючим розміром часток близько 2 нм. Встановлено, що природа прекурсорів і умови синтезу визначають параметри поруватої структури Al2O3. Найбільшою питомою поверхнею характеризується оксид алюмінію, отриманий з використанням колоїдного розчину нітрату і оксинітрату алюмінію.

2. Показано, що шляхом модифікування оксидами рідкісноземельних металів (La2O3, CEO2) досягається підвищення термічної стабільності поруватої структури дрібнодисперсного Al2O3 внаслідок уповільнення його переходу у високотемпературну модифікацію б-Al2O3. Виявлено більший термостабілізуючий ефект La2O3 порівняно з СЕО2, що може бути обумовлено утворенням твердого розчину оксиду лантану в Al2O3 і гальмуванням дифузійних процесів, які приводять до фазових перетворень.

3. В результаті дослідження впливу хімічної природи вторинного носія та кількісного співвідношення компонентів (вторинного носія і паладію) на каталітичні властивості в реакції відновлення монооксиду азоту метаном визначено оптимальний склад каталізатора: 0,5%Pd/2%Al2O3 5%La2O3/кордієрит. Встановлено, що залежність активності каталізатора від концентрації оксиду алюмінію проходить через максимум, який відповідає вмісту Al2O3 1,6%. Це може бути обумовлено тим, що при нанесенні оксиду алюмінію відбувається розвиток поруватої структури, що збільшує каталітичну активність, і підвищення кислотності поверхні, що знижує активність внаслідок ускладнення процесу відновлення паладію і порушення балансу швидкостей стадій активації реагентів.

4. Показано, що термічна стійкість нанесених Pd/Al2O3-каталізаторів підвищується після модифікування їх оксидами рідкісноземельних елементів (La2O3, СЕО2). Виявлено ефект термічної активації алюмопаладієвого каталізатора, модифікованого оксидом лантану, що полягає в збільшенні каталітичної активності в реакції високотемпературного відновлення оксидів азоту метаном після термообробки каталізатора при 850 0С. Методом РФЕС показано, що причиною ефекту термічної активації є стабілізація паладію в стані Pd(І).

5. Виявлено, що оксиди рідкісноземельних елементів підвищують селективність відновлення монооксиду азоту до N2 метаном на каталізаторі Pd/Al2O3 в присутності кисню, що може бути обумовлено ефектом накопичувальної здатності по кисню.

6. Встановлено, що каталізатори на основі оксидів перехідних металів (Co, Cr, Mn, Cu), промотовані паладієм характеризуються меншою активністю в реакції NO CH4, ніж ідентичний за вмістом паладію Pd/Al2O3-каталізатор. Методами термопрограмованих поверхневих реакцій (відновлення воднем, розкладу СН4, окислення продуктів розкладу СН4 монооксидом азоту) показано, що відмінна активність цих контактів може бути обумовлена різною швидкістю активації метану шляхом його дисоціації, яка є лімітуючою стадією реакції.

7. Порівняльні випробування на модельних установках Українського державного та проектного інститут азотної промисловості та продуктів органічного синтезу показали, що розроблений каталізатор за активністю в цільовому процесі не поступається, а за селективністю суттєво перевершує гранульований промисловий каталізатор АПК-2. Заміна АПК-2 в процесі очистки газових викидів виробництва азотної кислоти на розроблений каталізатор стільникової структури дозволить зменшить витрати паладію більше, ніж у 7 разів, і знизити концентрацію монооксиду вуглецю у викидах в 4-5 разів.

список ОПУБЛІКОВАНИХ автором ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Соловьев С.А., Мохначук О.В., Григорьев О.Н. Влияние структурных и функциональных характеристик вторичного носителя Al2O3 на физико-химические свойства палладийсодержащих катализаторов окисления CO и CH4 // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии - 2004. - Т. 2, № 1. - C. 291-302.

2. Соловйов С.О., Мохначук О.В. Синтез структурованих Pd-Al2O3 - каталізаторів відновлення оксидів азоту метаном // Вісник Авіаційного Інституту - 2005. - N 3 - C. 206-210.

3. Мохначук О.В., Соловьев С.А., Сенкевич А.И. Влияние оксидов редкоземельных элементов (СЕО2, La2О3) на свойства Pd/Al2O3 катализаторов // Теорет. и експерим. химия. - 2006. - Т. 42, № 1. - С. 44-48.

4. Мохначук О.В., Соловьев С.А., Ильин В.Г., Яремов П.С. Влияние оксидов редкоземельных элементов (La2O3, СЕО2) на термическую устойчивость высокодисперсного оксида алюминия // Теорет. и експерим. химия. - 2006. - Т. 42, № 5. - С. 318-323.

5. Mokhnachuk O.V., Soloviev S.O., Kapran A.Yu. Effect of rare-earth element oxides (La2O3, Ce2O3) on the structural and physicochemical characteristics of Pd/Al2O3 monolithic catalysts of nitrogen oxide reduction by methane // Catal. Today. - 2007 -

V 119, N 1-4. - P. 145-151.

6. Mokhnachuk O.V., Soloviev S.O., Kapran A.Yu. Effect of rare earth elements’ oxides upon catalytic properties of palladium-based catalysts // Book of Abstract of EUROPACAT-VI, Innsbruck, Austria, Aug. 31 - Sept. 04, 2003. - P. 134.

7. Мохначук О.В., Соловйов С.О. Структурні і фізико-хімічні характеристики алюмопаладієвих каталізаторів відновлення оксидів азоту метаном // Тези міжн. симп. “Сучасні проблеми фізичної хімії”, Донецьк, 31 серпня - 2 вересня 2002. - С. 23.

8. Mokhnachuk O.V. Structural and physicochemical characteristics of Pd/Al2O3-catalysts for reduction of nitrogen oxides by methane // Book of Abstract of international symposium “APAC 2005”, Cracow, Poland, 21 - 24 September, 2005. - P. 277.

9. Mokhnachuk O.V., Soloviev S.O. Mechanism of thermal activation of Pd/Al2O3-catalysts modified by rare-earth elevent oxides (La2O3, Ce2O3) // Book of Abstract of 1st International Seminar on Application of Catalysis in Environmental Protection (11th International Seminar on Catalytic DENOX), Lublin, Poland, Aug. 31 -Sept. 02, 2006. - P. 129-133.

Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность
своей работы


Новые загруженные работы

Дисциплины научных работ





Хотите, перезвоним вам?