Введение к работе
Актуальность темы. Проблема очистки газовых выбросов от оксидов азота привлекает все большее внимание в последние годы. Используемый в настоящее время аммиачный способ удаления NOx имеет ряд существенных недостатков и представляет опасность для окружающей среды в связи с возможными утечками и проскоками аммиака в атмосферу.
Из разрабатываемых альтернативных технологий несомненные перспективы имеют процессы, связанные с использованием метана -легкодоступного и наименее экологически опасного восстановительного агента. Как было показано в ряде работ, опубликованных за последние несколько лет, активность в реакции селективного каталитического восстановления (СКВ) NOx метаном проявляют катализаторы на основе ионообменных высокомодульных цеолитов, содержащих катионы переходных металлов.
Несмотря на обилие полученного фактического материала о принципиальной возможности СКВ N0., метаном на металлсодержащих цеолитах, пока не достигнуто понимания природы их каталитического действия. В тоже время поведение в реакции СКВ N0X метаном нанесенных оксидных катализаторов, содержащих переходные металлы в различных степенях окисления, остается практически не исследованным и представляет несомненный теоретический и практический интерес. Цель работы. Исследование каталитических свойств нанесенных оксидов переходных металлов на носителях различной природы в реакции селективного восстановления N0 метаном.
Изучение влияния состава реакционной среды, условий приготовления и активации катализаторов на состав и свойства нанесенных оксидных фаз.
Научная новизна. Установлено, что в реакции СКВ N0 метаном активны нанесенные кобальт- и железосодержащие оксидные катализаторы. При этом достигаемый уровень конверсии и характер регистрируемых температурных зависимостей для кобальтсодержащих нанесенных систем соответствуют показателям, характерным для кобальтсодержащих ионообменных высокомодульных цеолитов.
На основе исследования влияния условий проведения процесса СКВ на состав и свойства нанесенных оксидных фаз впервые показано, что в стационарных условиях реакции активным компонентом кобальтсодержащих систем является фаза С03О4. Накопление фазы СоО в результате восстановительной активации метаном сопровождается кратковременным увеличением активности, которое может быть связано как
с повышением дефектности фазы С03О4, так и с участием в реакции молекул N0, хемосорбированных на поверхности СоО в виде нитрозиль-ных комплексов.
Впервые обнаружено, что причиной снижения активности ко-бальтсодержащих катализаторов в процессе реакции является оксид-оксидное взаимодействие (00В) носителя с активным компонентом, которое усиливается с накоплением в системе фазы СоО. Пары воды являются промоторами этого взаимодействия. В каталитических системах, приготовленных на основе монтмориллонитов, 00В не зафиксировано.
Показано, что падение конверсии N0 с повышением температуры в присутствии железосодержащих катализаторов обусловлено увеличением вклада реакции полного окисления метана. В присутствии паров воды наблюдается рост конверсии NO за счет ингибирования реакции полного окисления метана.
Практическая значимость. Предложены новые каталитические композиции на основе оксида кобальта и природной глины - монтмориллонита, которые могут быть использованы для приготовления дешевых и эффективных катализаторов восстановления оксидов азота в выбросах газовых ТЭЦ, газокомпрессорных станций и заводов, иризводя-щих азотную кислоту.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 2-ой международной конференции «Современные тенденции в химической кинетике и катализе» (Новосибирск, Россия, 21-24 ноября 1995г.). Публикации. Основные результаты работы изложены в 2 печатных работах и одном патенте.
Структура и объем работы. Текст диссертации состоит из введения, литературного обзора (глава 1), экспериментальной части (глава 2), результатов и их обсуждения (глава 3), заключения и списка цитированной литературы. Работа содержит /0 страниц, включает і2& рисун-ков,/?габлиц и/йбиблиографических ссылок.