Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Оксидные цементсодержащие катализаторы разложения озона и окисления оксида углерода и метана Махов Евгений Александрович

Оксидные цементсодержащие катализаторы разложения озона и окисления оксида углерода и метана
<
Оксидные цементсодержащие катализаторы разложения озона и окисления оксида углерода и метана Оксидные цементсодержащие катализаторы разложения озона и окисления оксида углерода и метана Оксидные цементсодержащие катализаторы разложения озона и окисления оксида углерода и метана Оксидные цементсодержащие катализаторы разложения озона и окисления оксида углерода и метана Оксидные цементсодержащие катализаторы разложения озона и окисления оксида углерода и метана Оксидные цементсодержащие катализаторы разложения озона и окисления оксида углерода и метана Оксидные цементсодержащие катализаторы разложения озона и окисления оксида углерода и метана Оксидные цементсодержащие катализаторы разложения озона и окисления оксида углерода и метана Оксидные цементсодержащие катализаторы разложения озона и окисления оксида углерода и метана
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Махов Евгений Александрович. Оксидные цементсодержащие катализаторы разложения озона и окисления оксида углерода и метана : Дис. ... канд. хим. наук : 02.00.04 : Москва, 2004 152 c. РГБ ОД, 61:04-2/401

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Литературный обзор 7

1.1.Остаточный озон 7

1.2. Гетерогенное разложение озона 9

1.2.1. Способы выражения активности катализаторов 10

1.2.2. Разложение озона на катализаторах 11

1.2.3. Гопкалит 19

1.2.4. Разложение озона на гопкалите 20

1.3. Цемент и катализаторы 26

1.3.1. Талюм в производстве катализаторов 27

1.3.2. Цементсодержащие катализаторы 30

1.4. Каталитическое окисление оксида углерода 33

1.5. Гетерогенное окисление метана 39

1.5.1. Полное гетерогенное окисление метана 40

1.5.2. Парциальное гетерогенное окисление метана 41

Глава 2. Экспериментальная часть 46

2.1. Разложение озона 46

2.2. Определение активности катализаторов в разложении озона 49

2.3. Окисление монооксида углерода. 50

2.4. Окисление метана 53

2.5. Методики физико-химических исследований 56

Глава 3. Синтез и физико-химические свойства катализаторов 59

3.1. Синтез цементсодержащих катализаторов 59

3.2. Физико-химические свойства катализаторов 61

3.2.1. Удельная поверхность 61

3.2.2. Адсорбционные исследования цементсодержащих катализаторов 62

3.2.3. Рентгеноструктурные исследования 75

3.2.4. ИК-спектроскопия диффузного отражения 76

Глава 4. Разложение озона на цементсодержащих катализаторах 82

4.1. Оптимизация состава катализатора ...82

4.2. Активность катализатора во влажном потоке 86

4.3. Кинетика разложения озона 88

4.4. Влияние диффузионных факторов на кинетику разложения озона ...92

4.5. Энергия активации 95

4.6. Термостабильность цементсодержащих катализаторов 97

4.7. Таблетки или экструдаты? 100

Глава 5. Цементсодержащис катализаторы в реакциях окисления ... 103

5.1 Окисление оксида углерода 103

5.2. Окисление метана ...115

5.3. Окисление летучих органических соединений 121

Выводы 124

Список литературы 126

Приложение 145

Введение к работе

Озон, являясь сильным и экологически чистым окислителем, широко применяется во многих современных технологиях, в частности, для обеззараживания питьевой воды, очистки промышленных газовых выбросов и сточных вод, а также для понижения температуры ряда окислительных процессов. Однако озон является токсичным веществом (предельно допустимая концентрация Оз в рабочей зоне составляет 0,1 мг/м ), в связи с чем при практическом использовании 03 возникает проблема разложения остаточного озона.

Известны различные способы разложения озона, например: термический, фотохимический, каталитический. Наиболее предпочтительным с точки зрения экономической эффективности и возможностей аппаратурного оформления технологического процесса является каталитическое разложение озона. Поэтому, несмотря на достаточно широкий ассортимент промышленных каталитических контактов, в настоящее время весьма актуальной является задача разработки новых композиционных материалов для разложения остаточного озона, что обусловлено расширением сферы практического применения озонных технологий.

В промышленности, для разложения озона, широко применяется катализатор гопкалит ГФГ, содержащий 55-65% Мп02, 15-26% СиО и 12-15% связующего - бентонитовой глины. Однако, этот катализатор обладает рядом недостатков; низкой каталитической активностью при работе в условиях влажного газовоздушного потока, недостаточно высокой механической прочностью и термостойкостью, неустойчивостью к воздействию влаги. Известен также катализатор для разложения озона, стабильно работающий во влажной среде, в состав которого входят оксиды никеля и серебра, нанесенные на шариковый алюмосиликат. Недостатком этого катализатора является содержание в нем дорогостоящего металла - серебра. Кроме того, высокоактивным механически прочным и термостойким катализатором разложения озона, стабильно работающим во влажном потоке и не содержащим дорогостоящих компонентов, является цементсодержащий катализатор ГТТ, который состоит из 30-40% МпОг, 20-30% СиО, 30-50% талюма (смесь моно- и диалюминатов кальция), и его модификация, содержащая оксид никеля.

Однако, расширение областей использования озона требует повышения эксплуатационных характеристик применяемых контактов, в частности термостойкости. Известно, что оксид ванадия способен к образованию твердых растворов с оксидами переходных металлов, при этом образуются структуры с подвижным поверхностным кислородом. В связи с этим можно предположить, что введение в состав цементсодержащих катализаторов оксида ванадия позволит повысить их каталитическую активность в разложении озона. Вместе с тем, не является исчерпанным и такой путь совершенствования каталитических композиций как использование структурообразующих добавок, позволяющий целенаправленно воздействовать на формирование требуемых технических характеристик и физико-химических свойств контактов. Кроме того, постоянно ведется поиск путей оптимизации состава и соотношения активных компонентов оксидных цементсодержащих катализаторов.

В настоящее время каталитическое окисление является эффективным методом очистки газовых потоков от вредных примесей, таких как оксид углерода, оксиды азота, летучие органические соединения. Каталитический способ имеет много преимуществ по сравнению с традиционно применяемым термическим дожиганием. Во-первых, рабочая температура термического дожигания существенно выше температуры каталитического процесса, что приводит к побочному образованию оксидов азота. Во-вторых, термическое окисление требует существенных затрат, связанных с высоким расходом топлива. В-третьих, каталитическое окисление является более эффективным и селективным по сравнению с термическим дожиганием.

В этой связи актуальной является задача разработки и внедрения катализаторов, способных эффективно окислять указанные примеси. При этом следует использовать возможности озона как сильного, экологически чистого субстрата-окислителя, поскольку его добавки в технологические линии могут существенно повысить эффективность процесса экологической очистки газовых выбросов.

Создание и оптимизация новых каталитических контактов, естественно, требует систематического исследования их физико-химических свойств, а также изучения кинетических закономерностей реакций с их участием. Результаты таких исследований наряду с глубоким теоретическим интересом могут эффективно использоваться для моделирования и оптимизации современных озонных технологий.

Способы выражения активности катализаторов

Следует отметить, что активность в гетерогенном катализе измеряется разными величинами, чаще всего скоростью реакции, отнесенной к единице массы катализатора. В этом случае в виде дополнительных параметров должны быть заданы концентрация реагирующего вещества, поверхность катализатора, размер гранул. Без них ценность полученных данных невелика, поскольку их нельзя сравнить не только с активностью другого катализатора, но и того же самого с другой дисперсностью. Если известен порядок реакции, то активность можно характеризовать константой скорости. Для реакции 1-го порядка она грубо оценивается по входной и выходной концентрации и времени контакта т = Woo, где V - свободный объем между зернами катализатора, to - объемная скорость газового потока. Иногда под V понимают насыпной объем катализатора, т.е. объем реактора, заполненного катализатором, и говорят об условном времени контакта.

Коэффициент разложения озона у, которым характеризуется активность поверхности, не совсем популярен в гетерогенном катализе. Вместо него иногда используют удельную константу, т.е. константу, отнесенную к единице поверхности катализатора, С другой стороны в физической химии атмосферы он прочно утвердился, поскольку имеет простой физический смысл: показывает долю столкновений, приводящих к разложению озона. Связь между константой скорости 1-го порядка и величиной у дается следующей формулой т = ± (1.1) S-u где кгег - экспериментальная константа гетерогенной стадии реакции разложения озона, S - видимая поверхность катализатора, и - тепловая скорость молекул озона. Расчет у в простейшем случае осуществляется по формуле: 7 = JSL.,nBk (1.2) S-u [03] V где [Оз]о - концентрация озона на входе в реактор, [03] - концентрация озона на выходе из реактора. Точность измерений по формуле (1.2) невелика, но все же она дает правильное представление о порядке величины у.

Из ранних работ следует отметить работу Шваба и Гартмана [14], в которой были исследованы катализаторы, приготовленные на основе металлов I-VI групп и их оксидов в разной степени окисления. Установлено, что высшие окислы металла активнее низших, а низшие активнее самого металла: Си Си20 СиО; Ag Ag20 AgO; Ni Ni203; Fe Fe203; Au Au203; Pt Pt - чернь Обзор ранних работ и результаты собственных исследований приведены в статье Г.И.Емельяновой и Б.В.Страхова [15]. Они показали, что оксидные катализаторы хорошо работают при температуре от 20 до 80С. Активность окислов никеля для этих температур такого же порядка как платиновой черни. Но чернь хорошо ускоряет процесс распада озона и при температуре -80С, в то время как активность оксидов никеля падает до нуля. Последнее обстоятельство, вероятно, связано с очень низкой ( 1 ккал/моль) энергией активации разложения Оз на чернях. Таким образом, металлы платиновой группы целесообразно использовать при низкотемпературных превращениях озона в кислород. Оксид железа Fe203 обладает каталитическим действием лишь в виде мелкодисперсных частиц, крупнодисперсные - малоактивны [16]. Кроме того, его стабильность невысока. Отравление катализатора объясняется образованием кислорода, прочно связанного с поверхностью. Термовакуумная обработка удаляет его с поверхности, и активность катализатора восстанавливается.

Тот же катализатор был исследован в условиях кипящего слоя [17], при этом определены кинетические константы и энергия активации.

Следует отметить, что константы скорости каталитических реакций в кипящем слое, как правило, выше чем в обычном потоке. В кипящем слое происходит хорошее перемешивание реагирующего вещества, так что можно написать уравнение баланса аналогично тому, как это делается при выводе уравнения Беккера } (1.3) где [О/] и [Oj] - концентрация озона на входе и выходе реактора, к - константа скорости разложения озона, га - объемная скорость озоно-газовой смеси, V -объем кипящего слоя с вычетом объема, занимаемого катализатором.

Найденная при разных температурах константа разложения на FejC дает возможность определить энергию активации разложения озона на поверхности; Е = (12,5±І) ккал/моль. В то же время на образце окиси железа (III) по данным [18] E = 2-3 ккал/моль. Различие, по-видимому, связано с областью протекания процесса: кинетической, в первом случае, и диффузионной - во втором.

В работе [19] была исследована активность 35 материалов по отношению к разложению озона. Измерения проводились в потоке при скоростях 250-2000 л/час, атмосферном давлении и концентрациях 03 в озоно-воздушной смеси 1,1-25)1012 молек/см3. Температура опытов - комнатная. Строго говоря, и в этом случае, как и для пустой трубки, стенки которой покрыты активным материалом, необходимо решение диффузионно-кинетического уравнения; концентрация в общем случае зависит от времени и координат. Задача очень сложная, хотя в настоящее время существуют подходы к ее решению с помощью ЭВМ. Другой подход состоит в создании условий, когда принудительное или естественное перемешивание делает зону реакции, с тем или иным приближением, безградиентной. Распаду озона в без градиентном реакторе с принудительным перемешиванием посвящена работа [20]. Катализатором служил оксид никеля, наносимый тонким слоем на стенки реактора и лопасти мешалки. Такой реактор, благодаря турбулентности потока, позволяет избавиться от явлений физического переноса и создает условия для изучения кинетики только на каталитической стенке. Здесь турбулентная диффузия превосходит скорость реакции и процесс протекает в кинетической области.

Талюм в производстве катализаторов

В производстве цементсодержащих катализаторов, как правило, используется наиболее распространенный метод их синтеза: с целью совмещения процессов формирования каталитических контактов и гидратационного затвердевания цемента исходные компоненты смешивают до получения однородной смеси, которую в формованном виде (экструдаты, таблетки, кольца) подвергают гидротермальному синтезу (ГТС). В водной или водно-аммиачной среде основные карбонаты металлов вступают в реакцию с алюминатом кальция (АК) с образованием многофазной системы. Состав продуктов реакции свидетельствует о гидратации цементов и о реакции обмена АК с гидроксокарбонатами металлов (ГКМ). При этом в зависимости от условий образуются гидроксоалюминаты и гид роке иды каталитически активных металлов, карбонат и гидроксид кальция, гидроксид алюминия и Са3[А1(ОН)б]2. Гидроксоалюминаты металлов (ГАМ) имеют ряд характерных особенностей [57, 58]: 1) они включают в свою структуру воду в виде ОН-группы; 2) соотношение М:А1 в них близко к 1:5; 3) при термолизе образуются МО и МАІ204Ї 4) состав соответствует, как правило, формуле МзА12(ОН)2; 5) при растворении в воде они дают Са2+иА1(ОН)4 Реакцию ГКМ с глиноземистыми цементами можно представить следующим образом: ионы Са2+ взаимодействуют с ионами СОз2 в структуре ГКМ, давая малорастворимую соль СаС03, образование которой смещает реакцию вправо. Для сохранения электронейтральности молекулы ГКМ место одного иона должны занять два иона А1(ОН)4 : а[тМСО з-пМ(ОН):]+ ЗСа 2++2А1(ОН) ;; -» oMJAI2(OH)12+(3-am)Ca(OH) 2+(ап+ат-3)М(ОН) 2 /у у2) где п т; т= 1,2; п = 1,2,3, а. Кроме гидроксоалюминатов металлов могут образовываться гидроксокарбоалюминаты: a[mMC03-nM(OH) 2}f3Ca2++2Al(OH) ;+4(ОН)" - Са3А11(ОН)5(СОэ)2+(3-ат)Са(ОИ)2+(ап+ат-3)М(ОН) 2+(ат-2)СаСО 3 /j ) В целом, реакции гидроксокарбонатов металлов с моно- и диалюминатами кальция описываются соответственно уравнениями: ЗСаА1204+12Н20 + а[тМСОз-пМ(ОН)2] - (1.14) атСаСОз + ((3-ат)/3)Са3[А1(ОН)6]2 + a(n+m)/3 M3A!2(OH)12+(12-2an)/3 AI(OH)3 ЗСаА1407 + 21Н2Оа[тМСОз-пМ(ОН)2] (1.15) a(n+m)/3 М3А12(ОН)і2 + атСаСОз + (3-ат)/3 Са3[А1(ОН)б]2+(30-2ап)/3 А1(ОН)3 гдеп т; т=1, 2; п=1, 2, 3. Термолиз соединений, образующихся в результате химического взаимодействия и включающих активный компонент, описывается уравнением MjAljtOH - BMO-AljO TB.P-PJ- MM+MAIjO,, (1.16 a) M3Al2(OH)8(CO,)2 -;сгиі )ЗМО-А1203(ТВ.Р-Р)- 2ММ+МА12О (1.16 6) Если в реакции участвуют два ГКМ одновременно (Ni и Си, Си и Со, Си и Zn), то на первой стадии образуются смешанные гидроксокарбонаты, из них формируются смешанные гидроксоалюминаты или гидроксокарбоалюминаты, которые легко переходят в смешанные твердые растворы по схеме: т МСО 3.пМ (ОН) 2+m"M"COj-n"M(OII) 2+СаА130 (СаА1407)+Н20- М М"А12(ОН)12- М 0-М"0-А1203(ттв.-р) В зависимости от состава ГКМ получают разные ГАМ с разным отношением MO/AI2O3 и соотношением продуктов пиролиза. Взаимодействия между алюминатами кальция и гидроксокарбонатами металла могут в зависимости от состава среды (вода или водный раствор аммиака и от отношения жидкость : твердое) протекать как по жидкофазному механизму, так и по твердофазному. Гидроксоалюминат металла, образующийся по реакциям (1.14) и (1.15) разлагается при нагревании по уравнению (1.17) с образованием слабокристаллизованного неупорядоченного твердого раствора МОАЬОз, структура которого совершенствуется при температуре порядка 400-1000 С и сопровождается постепенным выделением оксида металла, содержащегося в избытке. Эффективным способом увеличения глубины взаимодействия является повышение дисперсности талюма и рост соотношения -СА/СА2. Фаза СаО, образующаяся при высокотемпературном разложении СаС03, вступает при термообработке в реакцию с AI3O3, что предотвращает взаимодействие с А1203 сверхстехиометрического оксида металла и тормозит образование шпинели MAI2O4.

Медьсодержащим катализаторам на различных носителях в последнее время уделяется пристальное внимание по ряду причин [64-65]: 1) медные контакты принадлежат к числу наиболее активных и дешевых, удовлетворяющих промышленность, способствующих превращению технологических неорганических газов (СО, СО2, Н2) в органическое сырье (спирты, метанол) широкого назначения, в том числе бензины и ароматические углеводороды; 2) их применяют в промышленности для проведения реакции конверсии СО водяным паром для получения Иг и удаления СО в наиболее благоприятных условиях; 3) эти катализаторы весьма активны в процессах гидрирования альдегидов, эфиров, кислот до спиртов. Никельмедьцементные катализаторы. Никельмедные системы на носителях и без них в широком интервале составов принадлежат к числу весьма популярных в катализе объектов исследования. Никельмедные контакты широко применяются для гидрирования органических соединений со связями С=С, С=С, С=0, С=Ы, C=N, N-O, ароматическими кольцами, а также сложных эфиров и кислот, при восстановительном аминировании, гидрогенолизе, дегидрировании [66]. Никельмедная композиция обладает в ряде случаев каталитическими свойствами благородных металлов [67, 68], что позволяет сделать вывод о возможности замены дорогостоящих катализаторов на основе, например, платины и палладия на значительно более дешевые никельмедные катализаторы. Кобальтцементные катализаторы. Кобальтсодержащие катализаторы с различными промоторами и на различных носителях весьма распространены в каталитическом синтезе, позволяя проводить реакции полимеризации олефинов, в том числе и гидрополимеризации; гидрирования двойных и тройных связей, ароматических соединений, восстановительной конденсации, селективного окисления функциональных групп; полного окисления органических соединений [69].

Особый интерес представляет синтез Фишера-Тропша. Вначале этот процесс рассматривали как способ производства углеводородов топливного назначения [70], в настоящее время этот процесс следует оценивать как способ получения широкого круга продуктов, являющихся ценным химическим сырьем [71]. На основе алюмо кальциевых цементов разработаны перспективные кобальтсодержащие контакты переработки синтез-газа в углеводороды [56]. Способность соединений оксидов кобальта оказывать влияние на гидравлические свойства и механическую прочность цементов открывает пути для синтеза нового поколения кобальте од ержащих катализаторов с улучшенными эксплуатационными свойствами. Применение цементов позволило реализовать способ химического смешения, при котором полученный катализатор по глубине взаимодействия не уступает катализатору, полученному способом осаждения. Существенно, что при химическом смешении удается намного увеличить экологическую безопасность процесса получения катализатора за счет ликвидации стадий промывки и исключения образования сточных вод, а также выбросов окислов азота, выделяющихся при прокаливании контактных каталитических масс, приготовленных методом пропитки.

Определение активности катализаторов в разложении озона

Для выражения активности катализатора можно использовать различные способы оценки: 1) скорость химической реакции в данных условиях за вычетом скорости этой же реакции в отсутствие катализатора; 2) скорость химической реакции, отнесенную к единице массы катализатора; 3) константу скорости каталитического процесса, отнесенную к единице поверхности катализатора; 4) степень превращения субстрата [112].

Для опыта брали 30 таблеток катализатора, площадь внешней поверхности которых составляла 30 см . Для получения воспроизводимых результатов образцы катализатора предварительно выдерживали в потоке газа с содержанием озона 0,5 % об. и скоростью потока 110 л/ч в течение 6 часов. Результаты, представленные на рис. 2.2 показывают, что после выхода на стационарный режим катализатор в течение длительного времени практически не меняет своей активности. М)

При исследовании активности катализаторов во влажном потоке в линию между озонатором и реактором с образцом устанавливался барботер с водой. Озонированный газ пропускался через барботер со скоростью 110 л/ч и после насыщения парами воды поступал в реактор. Наличие паров воды вызывало затруднения в спектральном анализе озона. По этой причине количественное определение озона проводили иодометрически, барботированием потока в 5 %-ный раствор KJ.

Разделение исходных веществ и продуктов реакции проводили на хроматографической колонке при 80 С. Температурные зависимости степени превращения СО исследовали при постоянной объемной скорости газового потока через реактор (30 см3/мин). На рис. 2.3 представлена общая схема экспериментальной установки. Газ-носитель, в качестве которого использовали гелий, из баллона 1 через редуктор 2 поступает в хроматограф 3, где он разделяется на два потока. Первый проходит через реактор 5, в который с помощью шприца 9 вводится анализируемая проба и далее, проходя через измерительный канал детектора по теплопроводности 10, поступает в хроматографическую колонку 11 длиной 3 м, заполненную углем СКТ фракции 0,25-0,5 мм. Второй поток проходит через канал сравнения и попадает в хроматографическую колонку длиной 3 м, заполненную цеолитом NaA (4А) фракции 0,25-0,5 мм. Сигнал от детектора регистрируется самописцем "TZ 4620" (13) в виде пиков на диаграммной ленте. Каталитический реактор с внутренним диаметром 3 мм выполнен из нержавеющей стали и помещен в печь (6), температура в. которой регистрируется с помощью термопары «хромель-алюмель» (7) и потенциометра «КП-59» (8). Расходы газа в обоих каналах устанавливаются с помощью вентилей тонкой регулировки (4) и измеряются при помощи пенного измерителя скорости потока (12).

Исследуемый катализатор подвергали предварительной термической активации в муфельной печи при 250 С в течение 5 ч. Для загрузки реактора использовали навески катализатора 0,1 г (фракции 0,25-0,5 мм), которые помещали в реактор между двумя слоями измельченного кварца фракции 0,5-1,0 мм, очищенного кипячением в растворе НС1.

Исходные реакционные смеси, содержащие различные количества СО (от 1 до 6,5 % об.), готовили смешиванием монооксида углерода с атмосферным воздухом в газометре. Озон синтезировали из кислорода и воздуха на проточной высокочастотной озонаторной установке [115].

Исследование гетерогенно-каталитического окисления метана проводили по методике, описанной в разделе 2.3. Кроме того, для оценки возможного влияния материала реактора на окисление метана и температурных режимов реакции была проведена серия опытов на проточной установке, схема которой приведена на рис. 2.4. Газовую смесь определенной концентрации метана и кислорода готовили в газометре (1). Из газометра смесь поступала через вентиль тонкой регулировки (2) в кварцевый реактор (5), размещенный в электропечи (4), температура которой регистрировалась с помощью термопары «хромель-алюмель» (10) и потенциометра «КП-59» (7). Скорость потока газовой смеси определялась реометром (3). Для анализа продуктов реакции отбиралась проба шприцом (8) на выходе из реактора. Анализ проводили на хроматографе модели 3700 с детектором по теплопроводности.

Адсорбционные исследования цементсодержащих катализаторов

Изотермы адсорбции пароэ бензола были получены весовым методом с помощью пружинных весов Мак-Бе на-Б акра. Метод основывался на определении величины адсорбции бензола по увеличению массы образца. Были измерены две изотермы адсорбции бензола на катализаторах на основе талюма и оксидов меди, марганца и никеля. Один из образцов (№ 2) был модифицирован с помощью порообразователя. Изотермы адсорбции паров бензола на образцах ГТТ и ГТТ-п приведены на рис 3.1 и 3.2 соответственно. По классификации Брунауэра, Деминга, Деминга и Теллера [124] указанные изотермы занимают промежуточное положение между II типом, характеризующим адсорбцию на непористых твердых телах, и IV типом, относящимся к адсорбции на мезопористых адсорбентах, для которых имеет место явление капиллярно-конденсационного гистерезиса.

Изотерма адсорбции () и десорбции паров бензола на ГТТ при 293 К Десорбционная ветвь изотермы для образца ГТТ в интервале 0,9-1,0 р/р0 практически совпадает с адсорбционной, вогнута относительно оси абсцисс и не-имеет явно выраженного горизонтального участка при снижении давления от максимального значения р/р0, что не позволяет четко зафиксировать полное заполнение пор в процессе капиллярной конденсации адсорбата. С другой стороны, для образца ГТТ-п наблюдается несколько иная картина: в указанном интервале относительных давлений десорбционная ветвь выпукла относительно оси абсцисс.

Кроме того, в интервале 0-0,2 р/р0 десорбционная ветвь для образца IТТ практически совпадает с адсорбционной, величина остаточной адсорбции незначительна, тогда как в случае ГТТ-п величина остаточной адсорбции выше на порядок. Эти факты свидетельствует о заметном влиянии введения порообразователя на адсорбционные свойства катализаторов.

В таком случае для. определения их поверхностных характеристик можно применить метод БЭТ, точно так же, как и для непористых тел. Дело в том, что образование монослоя происходит по одному и тому же механизму, независимо от того, является ли адсорбирующая поверхность целиком внешней (II тип изотерм), или основная ее доля приходится на стенки мезопор (IV тип изотерм). На формирование монослоя не влияет наличие соседней поверхности, которая в мезопорах расположена на расстоянии, достаточно большом по сравнению с размером молекулы адсорбата, поскольку с увеличением расстояния от поверхности силовое поле твердого тела довольно быстро ослабевает [129].

Емкость монослоя, вычисленная по уравнению БЭТ, практически совпадает со значением, полученным при оценке этого параметра по точке В. Это может служить свидетельством корректности используемой модели при описании адсорбционных взаимодействий в исследуемых системах. При этом введение порообразователя приводит к значительному уменьшению емкости монослоя. А поскольку наблюдается некоторое увеличение удельной поверхности модифицированного образца, то такой факт можно объяснить уменьшением количества адсорбционных центров на поверхности ГТТ-п.

Особое внимание обращает на себя тот факт, что величина молекулярной площадки бензола в монослое, рассчитанная из экспериментальных данных, заметно различается для исходного и модифицированного образцов. Однако здесь следует учесть наличие в молекуле бензола 7г-электронов, которые могут придавать его адсорбции специфический характер, если адсорбент, например, имеет полярную природу [124]. В соответствии с представлениями, развитыми-Киселевым с сотрудниками [130-131], система «адсорбат-адсорбент» может проявлять специфичность в адсорбционных процессах в том случае, если адсорбат представляет собой ароматический углеводород с развитой системой 7г-связей, а адсорбент может иметь на поверхности сосредоточенные заряды, например, в виде функциональных групп на поверхности гидроксилированных оксидов.

Похожие диссертации на Оксидные цементсодержащие катализаторы разложения озона и окисления оксида углерода и метана