Введение к работе
з
Актуальность. В настоящее время накоплен обширный практический и теоретический материал по экспериментальным и расчетным методам выбора эффективных каталитических систем для процессов органического синтеза. Несмотря на значительные успехи в этой области, поиск эффективных катализаторов остается главной проблемой химической технологии, решаемой, в основном, на базе экспериментальных исследований. Существующие теории гетерогенного катализа, к сожалению, не содержат четких рекомендаций, руководствуясь которыми можно априори предложить эффективный катализатор для конкретного процесса органического синтеза. Сформулированная ранее «радиационная» теория катализа (И.Е. Ададуров, Г.К. Боре-сков), основанная на резонансных явлениях переноса энергии при катализе, к сожалению, не получила должного развития. Можно предположить, что при более глубокой разработке этой теории появится возможность прогнозировать свойства катализатора и оптимизировать существующие и вновь разрабатываемые технологии производства органических веществ. Поэтому, расширение теоретических представлений о функционировании гетерогенных катализаторов в химических реакциях, поиск современных физико-химических подходов к разработке новых и совершенствованию существующих катализаторов является актуальной задачей, решение которой позволит повысить эффективность процессов синтеза органических веществ.
Цель работы заключается в разработке физико-химических принципов выбора гетерогенно-каталитических систем для органического синтеза.
Для достижения поставленной цели необходимо решить три задачи:
Разработать алгоритм выбора катализатора и температуры начала гетероген-но-каталитического процесса в технологии органических веществ, включающий определение частот и амплитуд колебаний трансформируемых групп и связей в молекулах исходных веществ и продуктов.
Исследовать условия, приводящие к резонансному обмену электромагнитной энергией между катализатором и реагирующими молекулами.
Подтвердить применимость разработанного алгоритма для объяснения эмпирического выбора катализаторов ряда промышленных гетерогенно-каталитических процессов и поиска нового катализатора на примере синтеза стирола из этилбензола.
Научная новизна. Впервые предложены принципы выбора гетерогенно-каталитических систем для процессов органического синтеза, базирующиеся на физико-химических явлениях, заключающихся в резонансном переносе энергии излучения от катализатора к реагирующим группам молекул. Установлен алгоритм для прогнозирования качественного и количественного состава катализатора, определяемый на основании анализа ИК спектров участников химического превращения.
Практическая значимость. Разработанный физико-химический подход позволяет подбирать состав катализатора и температуру начала гетерогенно-каталитических процессов, устанавливать корреляцию между распределением частот в ИК спектре катализатора и селективностью химических превращений. Показана возможность применения закона смещения Вина для определения температуры начала гетерогенно-каталитического синтеза органических веществ. На основании разработанного алгоритма предложен катализатор (58.3Si02+41.7CaS04 масс.%) для синтеза стирола из этилбензола, позволяющий снизить температуру процесса с 600 С до 300 С.
Апробация. Основные результаты работы докладывались на I и П международной конференции РХО им. Д.И. Менделеева (Москва, 29-30 сент. 2009 г., 28 сент. 2010 г.), всероссийской конференции по органической химии, посвященной 75-летию со дня основания ИОХ им. Н.Д. Зелинского (Москва 25-30 окт. 2009 г.), Всероссийской рабочей химической конференции «Бутлеровское наследие - 2011» (Казань, 15-20 мая 2011 г.), конкурсе проектов молодых учёных [в рамках 15-й междунар. выставки хим. пром. и науки "Химия-2009", (Москва, 29 сент. 2009 г.), 11-14-ой региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2006-2009 гг.), 44-48-ой внутривузовских научных конференциях ВолгГТУ в 2007-2011 гг, XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии, Волгоград 2011 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ, из них 6 статей, в т.ч. 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 8 тезисов докладов на научных конференциях, получен 1 патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и библиографического списка из 127 наименований. Материалы изложены на 114 страницах машинописного текста, содержат 30 таблиц, 22 рисунка.
