Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие научных основ приготовления катализаторов - одна из самых актуальных проблем теории и практики катализа. Основной подход к развитию теории приготовления - установление общих закономерностей, действующих на отдельных этапах выбранного метода синтеза различных классов однотипных по своей природе соединении.
Один из основных методов синтеза многокомпонентных оксидных катализаторов и носителей включает в себя осаждение необходимых компонентов в виде пщроксидов с последующим прокаливанием осадков. Образование осадков малорастворимых пщроксидов, которыми являются бинарные гидроксидные системы на основе алюминия, представляет собой сложный многостадийный процесс, н каждая стадия вносит в этот процесс определенный вклад. Таким образом, целенаправленный синтез катализаторов и носителей невозможен без тщательного исследования закономерностей формирования сложных гидро-ксидных систем в процессе соосаждения, старения, термообработки и взаимосвязи этих этапов. Однако, на сегодняшний момент подобные исследования малочисленны ц не могут явиться руководством при выборе условий синтеза катализаторов.
В качестве объектов исследования выбраны системы бинарных соосаж-
денных пщроксидов на основе алюминия - А1(Ш)-М(П) (М - Со, Ni, Mg, Си,
Zn) n A1(III)-M(III) (М - Fe, Сг). Выбор объектов исследования обусловлен не
только тем, что данные системы в оксидном состоянии широко применимы в
катализе, но и тем, что они относятся к классу малорастворимых пщроксидов,
процессы кристаллизации которых не описываются классическими теориями
кристаллизации. В данной работе процессы формирования соосажденных сис
тем рассмотрены с позиций новых теоретических взглядов на закономерности
кристаллизации малорастворимых пщроксидов по механизму
"ориентированного наращивания", которые разрабатываются в Институте катализа СО РАН под руководством чл.-корр. РАН Буянова Р.А.
Цель работы. Настоящая работа посвящена исследованию закономерностей формирования систем перечисленных соосажденньгх пщроксидов, начиная с процессов гидролитической поликонденсацни компонентов на стадии растворов вплоть до образования кристаллических осадков пщроксидов в зависимости от условий синтеза, соотношения и концентрации компонентов; установлению генетической связи между свойствами продуктов на различных этапах синтеза этих систем.
Научная новизна. В данной работе формирование осадков при осаждении и их кристаллизация рассмотрены как различные стадии единого процесса. В соответствии с этим были исследованы закономерности протекания процес-
сов гидролитической поликонденсации в смешанных растворах солей А1(Ш)-М(И) (М - Со, Ni, Mg, Zn) и А1(Ш)-Сг(Ш), определены характер взаимодействия компонентов и типы формирующихся гидроксокомплексов металлов, условия предпочтительного образования того или иного комплекса. Изучение процессов гидролитической поликонденсации в указанных бинарных системах проведено впервые.
Установлены закономерности формирования осадков соосажденных гидроксидов А1(Ш)-М(11) (М - Со, Ni, Mg, Си) в зависимости от соотношения компонентов, концентраций, условий синтеза. Изучены и идентифицированы формирующиеся фазы.
Определена взаимосвязь между продуктами, формирующимися на стадии гидролитической поликонденсации, и фазовьш составом образующихся соосажденных гидроксидов. На основании этого проведена классификация исследуемых систем по типам взаимодействия.
Впервые установлено строение аморфных гидроксидных систем Fe(III) и Fe(III)-Al(III), качественно и количественно определены различные железосодержащие фазы. Определено, в какой степени фазовый состав системы зависит от соотношения компонентов (А1 и Fe). Предложен механизм кристаллизации гидроксидной системы Fe(III)-Al(III). Синтезирован и описан алюмозамещен-ный гематит с необычной морфологической структурой.
Практическое значение работы. Работа носит теоретический характер, однако исследование широкого круга систем и полученные результаты позволяют сделать некоторые выводы, полезные для практики. Установлено, что фазовый состав соосажденных гидроксидов определяется природой и количеством гидроксокомплексов, формирующихся на стадии растворов. В свою очередь, набор гидроксокомплексов металлов зависит от концентрации алюминия в растворах солей, соотношения компонентов и тд. Таким образом, изменение произвольным образом концентрации солей в исходных растворах может привести к непрогнозируемому изменению фазового состава целевых продуктов.
Введение определенных количеств солей М(П) на стадии растворов по
зволяет регулировать фазовый состав осадков (например, изменять соотноше
ние между байеритом и псевдобемитом в соответствии с конкретными требова
ниями). -
Знание закономерностей протекания процессов поликонденсации в изученных системах позволяет предсказывать качественно, а в ряде случаев и количественно, фазовьш состав осадков.
Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на конкурсе научно-исследовательских работ Института катализа СО РАН, на IV Всесоюзном совещании "Термодинамика и структура гидроксокомплексов в растворах" (Киев, 1986).
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 12 печатных работ.
. Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и списка литературы. В первой главе рассмотрены литературные данные по процессам гидролиза в смешанных растворах солей А1(Ш)-М(Н) и А1(Ш)-М(Ш) и в растворах солей Al(III), Fe(III), Cr(III), а также закономерности образования бинарных соосажденных гидроксидов. Во второй главе описаны методики экспериментов. В последующих главах изложены результаты экспериментов и проведено их обсуждение. Объем диссертации составляет 248 страниц текста, из них 24 рисунка, 27 таблиц. Библиография включает 217 наименований.