Введение к работе
Актуаль ность работы.
Одним из направлений современного катализа является создание дешевых, нематериалоемких катализаторов, производство и регенерация которых оказывает минимальное влияние на окружат то среду. В настошее время в этой области наметились следующие тенденции: все солее широкое использование нанесенных катализаторов, технология изготовления которых относительно проста, замена в составе катализатора благородны* металлов на катионы металлов переменной валентности, а также уменьшение содержания последних до возможных пределов, не ухудшающих свойства катализатора.
Среди носителей катализаторов оксид алюминия ванимает одно из первых мест по своему применению в нефтехимических процессах и тонком органическом синтезе. Это оОусловлено как многогранностью свойств самого оксида алюминия, так и возможностью регулировать их путем модифицирования. Распространенным способом модифицирования является введение катионов металлов, которые могут значительно изменять свойства носителя. Подбор модифицирующих добавок до настоящего времени осуществляется эмпирически на основе длительных лабораторных и промышленных испытаний.Механизм действия катион ньк добавок до сих пор остается предметом научных дискуссий.При этом значительная часть работ посвящена изучению систем с относительно высоким (5-20 ыас,1) содержанием добавок, а область нивких концентраций модифицирующих катионов остается малоизученной.
В настоящем исследовании изучено влияние малых концентраций катионов меди(П), цинка, кадмия, олово(П) и церия (IV) на каталитические свойства оксида алюминия в дегидратации спиртов и в орто-пара конверсии водорода.
Дегидратация спиртов и орто-пара конверсия водорода зарекомендовали себя как классические модельные реакции, на примере которых проверялись и анализировались выводы и положения большинства существующих теорий предвидения каталитического действия. Особенности протекания данных реакций являются предметом отдельных исследований.
Реакции дегидратации спиртов и орто-пара конверсии водорода имеют также важное промышленное значение.
Дегидратация спиртов - основа большинства реакций павикондев-сации,получения индивидуальных авиагоплив. Интерес к процессу дегидратации спиртов в настоящее время усилен еще и возможностью получения с его помощью ряда ценных фармацевтических продуктов. В
- і -
наибольшей хе степени интерес обусловлен поисками альтернативных источников энергии, в ходе которых особая роль отводится оиотех-нологии и. в частности, конверсии биомассы в набор углеводов. Основными продуктами ферментации биомассы являются низшие спирты.ив которых путем дегидратации мог/т Сыть получены олефины, представляющие собой альтернативное топливо.
Актуальность изучения орто-пара конверсии волорода обусловлено проблемами водородной энергетики и других водородоемких областей, связанных с необходимостью хранения Сольвэя количеств водорода и снижением его потерь в результате испарения, вызванного веаимопереходамк орто- и пара-изомеров.
Цель работы: - поиск дешевых и доступных добавок металлов, поаволявдих в малых количествах оказывать существенное и направленное воздействие на поведение оксида алюминия;
- установление характера взаимосвязи между природой, концентрацией модифицирующих добавок и структурой, физико-химическими, каталитическими свойствами катализаторов ка основе оксида алюминия.
Научная новизна.
Впервые выполнено систематическое комплексное исследование оксида алшиния,модифицированного низкими концентрациями катионов меди, цинка, кадмия (0.15-50х1019ион/г), включающее изучение состояния катионов металлов на поверхности катализаторов с привлечением PDA. ДТА, Р09С и ЭПР-спектроскопии, характеристику состояния носителя - оксида алюминия с псмсшыо определения его апротонной кислотности, а также исследование каталитических свойств образцов в дегидратации трех спиртов - этанола, пропанола-2 и шклогексаяо-ла. Проведенные исследования позволили установить характер влияния меди,цинка, кадмия, олова и церия на каталитические и кислотные свойства оксида алюминия. Предложен механизм воздействия ка-тионных добавок на свойства оксида алюминия.
Установлена корреляция дегидратирующей активности алшоокскд-ных катализаторов с концентрацией аяротонных кислотных центров -координационно-ненасыщенных ионов алюминия на кх поверхности.
Впервые изучена активность адшомедных и элюмоцериевых катализаторов в орто-пара конверсии водорода. Практическая значимость.
Показана принципиальная возможность направленного регулирования каталитических и кислотных свойств оксида алюминия путем введения малых добавок катионов металлов. Выявлены добавки, повываю-
щие дегвдраткрутмцув активность (Zn2*) и снижающие апротонную кислотность (Си2") оксида алюминия. Полученные в работе количественные данные о кислотных и каталитических свойствах аизыооксидных контактов могут быть использованы при разработке новых многоком-понентных катализаторов промышленно важних процессов.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на П Международной симпозиуме по химии поверхности, адсорбции и хроматографии SCAC92 (г.Москва, 1992г.), на мелвузовской конференции-конкурсе молодых ученых (КазГУ. г.Алма-Ата, 1990г.). на ежегодных научных отчетах кафедры общей химии и химической экологии КазГУ, на объединенном семинаре химического факультета КазГУ (г.Алмати, 1995г). По результатам работы опубликовано 4. статьи и 1 тезисы.
ОСьем работы.
Диссертационная работа излохека на //.^"страницах машинописного текста, состоит из 4 глав, включает 2 рисунков, И таблиц. Список литературы включает if9 наименований работ отечественных и варубежных авторов.