Нанесенные металлокомплексные катализаторы низкотемпературного окисления оксида углерода (II) в воздухе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат химических наук Котарева, Ирина Алексеевна

• Котарева, Ирина Алексеевна
• кандидат химических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат химических наук Котарева, Ирина Алексеевна

Введение.

Литературный обзор.

Гпава 1. Классификация и характеристики катализаторов окисления монооксида углерода.

1.1. Оксидные катализаторы.

1.2. Нанесенные металлические катализаторы.

1.3. Оксидно-металлические катализаторы.

1.4. Растворенные металлокомплексные катализаторы.

1.5. Нанесенные металлокомплексные катализаторы.

Глава 2. Механизмы окисления монооксида углерода.

2.1. Гомогенное окисление.

2.2. Гетерогенное окисление.

Постановка задач.

Гпава 3. Экспериментальная часть.

3.1. Схема и описание установки.

3.2. Методика проведения испытаний активности катализаторов окисления монооксида углерода.

3.3. Методика проведения кинетических исследований.

3.4. Методика получения монооксида углерода.

3.5. Методика получения диоксида серы.

3.6. Методика получения сероводорода.

3.7. Методика хроматографического анализа.

3.8. Методика обработки результатов эксперимента.

3.9. Статистическая обработка.

Гпава 4. Результаты и их обсуждение.

4.1. Результаты предварительных экспериментов по выбору качественного состава катализатора.

4.1.1. Выбор основных компонентов катализатора - благородного металла и сокатализаторов.

4.2. Выбор носителя.

4.3. Влияние объемной скорости подачи ГВС.

4.4. Оптимизация состава катализатора.

4.4.1. Влияние содержания бромида лития на активность катализатора.

4.4.2. Оптимизация содержания меди в каталитической композиции PdCb-CuCb/AbOg.

4.4.3. Выбор содержания палладия в каталитической композиции PdCl2-CuCI2/AI203.

4.5. Исследование влияния добавок ванадия и фосфора на активность катализатора окисления СО.

4.6. Влияние температуры на работу каталитической композиции PdCI2-CuCI2/AI203.

4.7. Влияние природы аниона.

4.8. Влияние возможных примесей в воздухе, очищаемом от СО, на активность катализаторов.

4.8.1. Влияние присутствия углеводородов на свойства катализаторов окисления монооксида углерода.

4.8.2. Влияние S02 на активность катализаторов окисления монооксида углерода.

4.8.3. Влияние добавок сероводорода на работу катализаторов окисления монооксида углерода.

4.8.4. Влияние серосодержащих соединений на работу катализаторов при низкой концентрации монооксида углерода.

4.9. Проведение испытаний на длительность работы каталитической композиции.

4.10. Проверка возможности использования электронной микроскопии и метода ЭПР для изучения катализатора.

4.11. Изучение кинетики и механизма окисления оксида углерода(И)

4.11.1. Выдвижение гипотез о механизме окисления СО.

4.11.2. Дискриминация гипотез.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Нанесенные металлокомплексные катализаторы низкотемпературного окисления оксида углерода (II) в воздухе»

Реакция окисления оксида углерода(И) - одна из универсальных реакций, протекающих в различных условиях в газовой и жидкой фазе с участием разных катализаторов. Механизмы протекания этой реакции представляют фундаментальный интерес, поскольку, во-первых, эта реакция может быть модельной для широкого круга процессов окисления различных субстратов и реакций карбонилирования (окисление монооксида углерода с участием воды можно рассматривать как реакцию карбонилирования воды с последующим разложением образующейся угольной кислоты). Во-вторых, в изучении механизма окисления СО имеется существенный прикладной аспект, т.к. оксид углерода(П) является одним из самых опасных веществ, в огромных количествах попадающих в атмосферу. Загрязнению воздуха оксидом углерода способствуют природные (пожары, извержения вулканов) и техногенные (газовые выбросы промышленных предприятий и автомобильного транспорта) факторы.

В данной работе проведен систематический поиск основных компонентов нанесенного металлокомплексного катализатора на основе хлорида палладия и с использованием процедур выдвижения и дискриминации гипотез исследован кинетическим методом механизм окисления оксида углерода(И) кислородом воздуха.

В наименьшей степени механизм окисления СО изучен в случае нанесенных металлокомплексных катализаторов, представляющих практический интерес для создания средств индивидуальной и коллективной защиты от оксида углерода, содержащегося в воздухе.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Котарева, Ирина Алексеевна

выводы

1. Показано, что лучшим носителем для системы PdCI2-CuCI2 является у-А120з (структура дефектной шпинели), обеспечивающий получение методом холодной пропитки активного и стабильного катализатора окисления оксида углерода(Н) в воздухе. Получаемый катализатор стабилен в течение не менее 200 часов при содержании СО в воздухе 100-120 мг/м3, нагрузке 12000ч"1, относительной влажности ~50% и устойчив к появлению в воздухе примесей углеводородов (до 0,1%), H2S до 10 мг/м3, S02 до 10 мг/м3, обеспечивая очистку воздуха до содержания СО ниже уровня ПДК для рабочей зоны (20 мг/м3).

2. Разработана адекватная кинетическая модель процесса, позволяющая описать влияние парциальных давлений оксида углерсда(П), кислорода и воды на скорость окисления СО в мягких условиях.

3. Установлено, что кинетические закономерности процесса могут быть согласованы с механизмами двух типов с различной ролью воды и кислорода. В случае первой группы кислород является окислителем восстановленных форм катализатора, во второй группе кислород и вода совместно участвуют в стадиях образования диоксида углерода. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Котарева, Ирина Алексеевна, 2007 год

1. Ракитская Т.Л. Катализаторы низкотемпературного окисления монооксида углерода ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ / Т.Л. Ракитская, А.А. Эннан, В.Я. Паина /1991. 36с. Дорфман Я. А. Катализаторы и механизмы гидрирования и окисления. - Алма-Ата: Наука. 1984.-352 с.

2. Высокоэффективные оксидномарганцевые катализаторы реакции окисления СО Н.Д. Иванова. С.В. Иванов. Е.И. Болльтев. Г.В. Сокольский. И.С. Макеева //Журнал прикладной химии. 2002. т.75. вып.9. с.1452-1455

3. Бооесков Г. К. Маршнева В. М. Механизм окисления СО на окислах переходных металлов//Докл. АН СССР. 1973-Т. 213. № 1. - С. 112-115.

4. Модифицированный углеродный волокнистый материал как низкотемпературный катализатор оеакиии окисления СО в СО? / А.А. Морозова. В.А. Обрубов. И.Н. Ермоленко. В.П. Шукин // Журнал прикладной химии. 1985. - Т. LVIII. № 8. - С. 17401745

5. Заявка 45-20682. Япония. МКИ В 01 D. Бооьба с загрязнением воздуха при помоши каталитического окисления СО/Х. Тёрэн. Т. Като. заявлено 14.02.67: Опубл. 10.06.711. РЖ Химия 1972 - 5И520П

6. Structural and catalytic aspects of sol-gel derived copper manganese oxides as low-temDerature CO oxidation catalvst / M. Kramer. T. Schmidt. K. Stowe. W.F. Maier // ADDlied Catalvsis A:

7. Heneral 90Tlfi \/л! ЧП9 P 957-9КЧ

8. Заявка 1545870. Великобоитания. МКИ В 01 J 8/04 // В 01 D 53/34. A Drocess for oxidation of an oxidizable constituent in a fluid stream II. Pessel : CJB Develooments Lmt. Gbr. № 40679/76. заявлено 30.09.76. Опубл. 16.05.79. - РЖ Химия. - 1980 - 1И588П.

9. Заявка 46-41521. Япония. МКИ В 01 J 23/17. Катализатоо типа гопкалита для окисления окиси vmeDona/K. Хатано. К. Хасэгава. № 44-1604. заявлено 06.12.68. Опубл. 08.12.71.-PWYuuua -1Q7? 1ЯП1ААП

10. Заявка 57-52881. Япония. МКИ В 01 J 23/89//В 01 D 53/36. Катализатоо окислительного сжигания оксида углеоода или углеводородов / М. Хаоута. К.Сано: Когё гидзукшу Godh. -№ 54-116435. заявлено 10.09.79. Опубл. 10.11.83. РЖ Химия. - 1984. -20Л165П.

11. Efficient stable catalysts for low temoerature carbon monoxide oxidation / G.G. Xia. Y.G. Yin. W.S. Willis. J.Y. Wana. S.L. Suib II Journal of Catalysis. -1999. vol. 185. - P. 91-105.

12. Каталитическая очистка влажного воздуха от оксида углеоода /О. А. Дубовик. Г. А. Галкина. Е. А. Власов. А. В. Пак // Катал, пооиессы и катализатооы. Л. 1987. - С. 55 -ця

13. Tavlor. S.H. / The oxidation of carbon monoxide at ambient temoerature over mixed cooDer-silver oxide catalvsts I S.H. Tavior. C. Rhodes // Catalvsis Todav. 2006. - vol. 114. - P. 357-361.

14. Piilai. Un.R. / CoDDer-zinc oxide and ceria oromoted coDoer-zinc oxide as hiahlv active catalvsts for low temoerature oxidation of carbon monoxide / Un.R. Piilai. S. Deevi // ADDlied Catalvsis B:

15. Fnv/irnnmentai 9ППЙ unl fi^i — P 11П—117

16. Saalfrank. J.W. DoDina. selection and composition sDreads. a combinatorial strateav for the discoverv of new mixed oxide catalvsts for low-temDerature CO oxidation / J.W. Saaifrsnk. W.F.

17. Maier// r. R r.himie 9ПГЫ unl 7 P 4ЯЯЛ04