Введение к работе
Актуальность работы.
Азотсодержащие вещества занимают важное место в природных и антропогенных процессах. Неорганические вещества, и в первую очередь аммиак и его производные, являются важнейшими удобрениями. Они же содержатся в продуктах жизнедеятельности животных. Гидразин, несимметричный диметилгидразин (НДМГ) и его аналоги, содержащие группу атомов (-N-N-), являются сильными восстановителями и поэтому используются в химической промышленности и ракетно-космической технике в качестве компонентов ракетного топлива.
Важную роль так же играют фосфорорганические соединения, в которых атом фосфора связан с атомами О, С, N - эфиры ортофосфорной кислоты и их производные, составляющие более 40 % от общего объема применяемых в мире пестицидов. Кроме того, цианидная группа, связанная с атомом фосфора (P-CN) входит в состав нейротоксинов (например, табуна), которые применяются в качестве боевых отравляющих веществ (БОВ).
Таким образом, в результате человеческой деятельности в мирном и военном направлениях накоплен значительный запас азотсодержащих веществ, требующих утилизации и/или переработки. В местах складирования и переработки неизбежны утечки легколетучих веществ в газовую фазу (воздух). Известные в настоящее время методы утилизации и очистки от азотсодержащих соединений пригодны только для работы с высоко концентрированными жидкими растворами азотсодержащих веществ и не могут быть использованы для очистки воздуха от следовых количеств таких загрязнителей.
Цель работы:
Целью работы является исследование закономерностей фотокаталитического окисления газообразных азотсодержащих веществ, включая компоненты жидкого ракетного топлива и симулянты боевых отравляющих веществ, а также окислы азота и аммиака, для создания предпосылок к практическому применению фотокатализа для очистки воздуха от этих соединений.
Для достижения поставленной цели в рамках выбранного метода очистки решались задачи:
изучение кинетических закономерностей процессов фотокаталитического окисления трех типов азотсодержащих веществ: гидразина и его аналогов, фосфорорганических азотсодержащих веществ на примере диэтилцианофосфата и аммиака;
повышение активности фотокатализаторов ТіСЬ в реакциях окисления азотсодержащих веществ в газовой фазе путем его модифицирования благородными металлами, оксидами d-элементов, а так же кислотно-основной обработкой;
изучение каталитической стабильности образцов в фотопроцессах.
Научная новизна: Впервые систематически исследовано газофазное фотокаталитическое окисление различных азотсодержащих веществ. Показана принципиальная возможность 100 % минерализации азотсодержащих соединений в ходе фотокаталитического окисления на диоксиде титана, при этом основным азотсодержащим продуктом является молекулярный азот. Проведен анализ промежуточных и конечных продуктов фотокаталитического окисления азотсодержащих соединений, предложены схемы протекания процессов.
Разработан метод получения высокоактивного катализатора для фотокаталитического окисления паров синильной кислоты.
Исследованы закономерности дезактивации Ті02 в ходе фотоокисления всех исследуемых веществ. Показано, что образование поверхностных нитратов, фосфатов и ионов аммония в ходе окисления, отвечает за уменьшение фотокаталитической активности фотокатализатора.
Практическое значение работы. Полученные в работе результаты по фотокаталитическому окислению азотсодержащих веществ были использованы при разработке технического регламента № 65 на приготовление опытных партий катализатора фотоокисления органических веществ ИК-12-31, используемого в конструкциях очистителей воздуха производства ФГУП «НПО «Луч».
Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на X международной экологической конференции (Новосибирск, Россия 2005), на международной школе-конференции молодых ученых «физика и химия наноматериалов» (Томск, Россия 2005), на 7-ом европейском конгрессе по катализу (Europacat - VII, София, Болгария 2005), на 4-ой международной конференции Int. Water Assoc. Specialist Conf. (Гослар, Германия 2006), на конференции молодых ученых, посвященной М.А. Лаврентьеву (Новосибирск, Россия 2007), на конференции Solar'08 (Каир, Египет 2008). Работа так же была представлена на конкурсе научно-исследовтельских работ Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (2008) и была удостоена третьей премии.
Личный вклад автора. Автор участвовал в постановке задач, решаемых в рамках диссертационной работы, проводил эксперименты, моделировал кинетические зависимости, проводил квантово-механические расчеты, обрабатывал результаты, принимал участие в интерпретации полученных данных и подготовке статей к публикации.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи в рецензируемых журналах, 6 тезисов докладов.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 131 странице, содержит 44 рисунков и 14 таблиц. Список цитируемой литературы включает 247 наименований.
