Исследование физико-химических свойств промотированных катализаторов на основе Co-Al
|
Скачать 80.63 Kb.
|
|
Инженерный вестник Дона,  №1 (2018)ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2018/4652  Исследование физико-химических свойств промотированных катализаторов на основе Co-Al2O3/SiO2А.А. Кутовой, А.Л. Шмановская, С.И. Сулима, В.Г. Бакун Южно-Российский государственный политехнический университет имени М.И. Платова Новочеркасск Аннотация: Проведены исследования физико-химических свойств кобальтовых катализаторов для синтеза Фишера-Тропша, приготовленных методом пропитки силикатного носителя. Изучено влияние оксидных промоторов на удельную поверхность, объем и размеры пор, степень восстановления металлического кобальта на поверхности катализатора Co-Al2O3/SiO2. Ключевые слова: синтез Фишера-Тропша, синтетические углеводороды, катализатор, кобальт, промотор, носитель, удельная поверхность, пористая структура, каталитическая активность, степень восстановления. Одним из методов получения углеводородов является синтез Фишера-Тропша – каталитический процесс превращения синтез-газа в синтетическое топливо. Процесс превращения синтез-газа в жидкие углеводороды описывается совокупностью химических уравнений: nCO + (2n+1)H2 = CnH2n+2 + nH2O nCO + 2nH2 = CnH2n + nH2O Эти реакции протекают с участием катализаторов, в зависимости от типа и свойств которых меняется состав продуктов синтеза [1]. Для получения синтетических углеводородов применяются железные либо кобальтовые катализаторы. Последние считаются наиболее перспективными, так как характеризуются высокой селективностью и позволяют получать в основном линейные парафины при почти полном отсутствии оксигенатов. Кроме того, эти системы стабильны и обладают низкой активностью в реакции водяного газа. Промотирование Со-катализаторов является перспективным способом повышения их активности и селективности. Оно заключается в улучшении каталитических свойств катализаторов с помощью металлов и их оксидов, путем добавления их в структуру последнего. По своему целевому назначению промоторы могут либо способствовать протеканию целевой реакции, т. е. увеличивать активность катализатора, либо могут подавлять нежелательные процессы, т. е. увеличивать селективность катализатора [2]. В научной литературе имеются сведения о промотирующих свойствах переходных и щелочноземельных металлов, используемых в качестве добавок к катализаторам. Добавки влияют на восстанавливаемость кобальта, степень превращения СО и селективность по C5+ [3-4], на число активных центров [4], на степень восстановления и дисперсность катализаторов [5], на каталитическую активность и скорость дезактивации [6] и т.д. Целью работы является изучение влияния промоторов на физико-химические свойства кобальтовых катализаторов. В качестве базового образца для исследования был выбран катализатор Co-Al2O3/SiO2, который был разработан в НИИ «Нанотехнологии и новые материалы». Катализаторы были приготовлены методом пропитки по влагоемкости. Силикагель марки КСКГ измельчали до частиц размером 1-2 мм и пропитывали раствором нитратов кобальта, алюминия и металла-добавки. Конечное соотношение компонентов в катализаторе Co:Al2O3:MxOy=100:5:5, где М – Ni, Cr, Mg. После пропитки образцы высушивали в печи 1,5 часа при температуре 100°С, затем прокаливали при 350°С в течение 4 часов [7]. Концентрацию кобальта в полученных образцах определяли методом элементного анализа на энергодисперсионном флуоресцентном спектрометре Thermo Scientific ARL QUANT’X EDXRF Spectrometer. Определение параметров пористой структуры методом БЭТ проводили с использованием анализатора ChemiSorb 2750 по методике [8], по тепловой десорбции аргона. Термо-программированное восстановление (ТПВ) позволяет установить температуру, скорость и степень восстановления металлов — активных компонентов катализаторов. ТПВ проводили на том же приборе, что и БЭТ в потоке (20 мл·мин–1) газовой смеси состава 10%Н2 + 90%N2. Линейный подъем температуры осуществляли от 25 до 800°С. Результаты исследований состава и структуры катализаторов представлены в таблице 1. Таблица 1 Характеристики состава и пористой структуры катализатора
Добавка промоторов приводит к снижению концентрации кобальта в катализаторе. Наибольшее снижение дает оксид никеля – почти на 2%, наименьшее – оксид магния – на 1%. Кроме того, происходит уменьшение площади поверхности и среднего объема пор промотированных катализаторов, скорее всего, из-за блокировки части мелких пор. Наибольшее уменьшение удельной поверхности дает добавка оксида хрома, а среднего объема пор – оксида магния. Методом ТПВ были получены спектры катализаторов, которые представлены на рисунке 1. Пики на спектрах обозначают температурный интервал начала и конца восстановления составляющих элементов катализатора. Восстановление Со3О4 в оксид кобальта (II) для всех исследуемых образцов происходит в интервале от 250 до 400°С. СоО в свою очередь восстанавливается в металлический кобальт при 400-600°С. В высокотемпературной области (600-800°С) происходит восстановление трудновосстановимых соединений активного компонента катализатора с носителем (CoAl2O4, Co2SiO4 и др.) в металлический кобальт. Первый пик у многих катализаторов соответствует температуре восстановления нитратов металлов, входящих в состав катализатора, не разложившихся в процессе приготовления [9].  Рис.1. Спектры ТПВ для исследуемых катализаторов: 1 - Co-Al2O3/SiO2, 2 - Co-Al2O3-NiO/SiO2, 3 - Co-Al2O3-Cr2O3/SiO2, 4 - Co-Al2O3 - MgO/SiO2 Количественные характеристики спектров ТПВ представлены в таблице 2. Таблица 2 Результаты термопрограмированного восстановления катализаторов
По литературным данным [10] степень восстановления катализатора определяется отношением объемов поглощения водорода, соответствующих разным стадиям восстановления кобальта (V3+V4)/V2, в соответствии со стехиометрией химических реакций такое соотношение должно быть равно 3:1. С учетом данных, приведенных в табл. 2, образцы без добавок и с добавкой оксида никеля восстановились полностью, а катализаторы с добавками оксидов хрома и магния – недовосстановились на 10-15%. Промотирование катализатора оксидом никеля улучшает восстанавливаемость кобальта, добавка хрома в катализатор способствует образованию трудновосстановимых соединений кобальта с носителем, что приводит к увеличению температурных интервалов на 10-30°С. Оксид магния в качестве промотора приводит к объединению третьего и четвертого пиков, со смещением в высокотемпературную область, что снижает степень восстановления катализатора. Таким образом, можно сделать вывод, что наиболее благоприятное влияние на физико-химические свойства катализатора Co-Al2O3/SiO2 оказывает добавка оксида никеля, поскольку она способствует улучшению восстанавливающей способности катализатора, а также, в сравнении с другими промоторами, незначительно уменьшает удельную поверхность и средний объем пор катализатора. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 14-23-00078) с использованием оборудования ЦКП «Нанотехнологии» ЮРГПУ (НПИ). Литература1. И.Н. Зубков, А.Н. Салиев, В.Н. Соромотин, Э.С. Якуба, Р.Е. Яковенко. // Инженерный вестник Дона, 2016, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3944. 2. И.П. Мухленов. Технология катализаторов. Л.: Химия, 1989. - 272 с. 3. О. Л. Елисеев, М. В. Цапкина, П. Е. Давыдов, А. Л. Лапидус. // Химия твердого топлива, 2015, № 3, - с. 19-21. 4. T. Matsuda, H. Takahashi, T. Yokomatsu, E. Kikuchi. // Sekiyu Gakkaishi, 1995, 38, (5), рр. 326-332. 5. A. Tavasoli, M. Trépanier, R. M. Malek Abbaslou, A. K. Dalai, N. Abatzoglou. // F. Proc. Tech., 2009, 90, рр. 1486-1494. 6. E. Rytter, T. H. Skagseth, S. Eri, A O. Sjåstad. Ind. Eng. Chem. Res., 2010, 49 (9), pp. 4140-4148. 7. В.А. Таранушич, А.П. Савостьянов, С.И. Сулима, Н.Д. Земляков, В.Г. Бакун, Г.Б. Нарочный, В.Б. Ильин, В.В. Пономарев. Технология катализаторов. Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2012. 100 с. 8. ChemiSorb 2750. // Operator´s Manual. April 2009. 119 p. 9. H. Xiong, Y. Zhang, S. Wang, J. Li. // Catalysis Communications 2005, vol.6. No 8. pp. 512-516. 10. Г.Б. Нарочный, Р.Е. Яковенко, А.П. Савостьянов. // Инженерный вестник Дона, 2015, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3308. References1. I.N. Zubkov, A.N. Saliyev, V.N. Soromotin, E.S. Yakuba, R.E. Yakovenko. Inženernyj vestnik Dona (Rus), 2016, №4. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3944. 2. I.P. Mukhlenov. Tekhnologiya katalizatorov [Catalyst technology]. L. Khimiya, 1989. 272 p. 3. O.L. Yeliseyev, M.V. Tsapkina, A.L. Lapidus. Himija tverdogo topliva, 2015, № 3, рр. 19-21. 4. T. Matsuda, H. Takahashi, T. Yokomatsu, E. Kikuchi. Sekiyu Gakkaishi,1995, 38, (5), рр. 326-332. 5. A. Tavasoli, M. Trépanier, R. M. Malek Abbaslou, A. K. Dalai, N. Abatzoglou. F. Proc. Tech., 2009, 90, рр. 1486-1494. 6. E. Rytter, T. H. Skagseth, S. Eri, A O. Sjåstad. Ind. Eng. Chem. Res., 2010, 49 (9), pp. 4140-4148. 7. V.A. Taranushich, A.P. Savost'yanov, S.I. Sulima, N.D. Zemlyakov, V.G. Bakun, G.B. Narochnyy, V.B. Il'in, V.V. Ponomarev. Tekhnologiya katalizatorov [Catal. technology]. Novocherkassk: YURGTU (NPI), 2012. 100 p. 8. ChemiSorb 2750. Operator´s Manual. April 2009. 119 p. 9. H. Xiong, Y. Zhang, S. Wang, J. Li. Catalysis Communications 2005, vol.6. No 8. pp. 512-516. 10. G.B. Narochnyj, R.E. Yakovenko, A.P. Savost'yanov. Inženernyj vestnik Dona (Rus), 2015, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3308. © Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2018 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 |
Ведущие профессора химия Синтез и изучение физико-химических свойств и строения координационных соединений металлов с N,S,O-содержащими полифункциональными... |
 |
«Алюминий и его соединения» Обучающая: создать условия для исследования учащимися физических и химических свойств алюминия на основе строения его атома, дальнейшего... |
|
Разработка технологии получения хондроитинсульфата из гидробионтов... Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мурманский... |
|
Влияние физико-химических свойств подземных питьевых вод на здоровье человека Ключевые слова: питьевая вода, жесткость воды, химический состав воды, болезни человека |
|
Основные характеристики пломбировочных материалов Правильное использование пломбировочных материалов требует от врача знаний физико-механических и химических свойств имеющихся в ассортименте... |
|
И описание профессиональной компетенции Техники должны быть готовы определять оптимальные средства и методы анализа, природных и промышленных материалов; проводить качественный... |
|
Конкурсное задание Компетенция Проводит отбор проб и образцов для проведения анализа; определяет оптимальные средства и методы анализа; проводит качественный и... |
|
Т. Е. Воронцова углту, Екатеринбург Экспериментальные исследования физико-механических свойств термообработанной древесины (тмд) |
|
Учебник сержанта химических войск издание второе переработанное и дополненное Учебник предназначен для сержантов и курсантов частей и подразделений химических войск. Он разработан на основе требований уставов,... |
|
Исследование эффективности газовых котлов моделей кс-тг-20 и кчм-5-к... «Инникигэ хардыы» им. В. П. Ларионова. Сборник состоит из 6 направлений : физико-технические, естественные, общественно-исторические,... |
|
Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Физико-химические... Методические указания предназначены в помощь студентам буровых специальностей очной и заочной формы обучения по приобретению практических... |
|
Протокол заседания оус Центре коллективного пользования Уральского отделения ран «Исследования физико-механических свойств материалов и конструкций» |
|
Лакокрасочные материалы Нашли широкое применение, благодаря высокой атмосферостойкости, водо-, масло- и солестойкости, хорошему комплексу физико-механических... |
|
Вещества неорганического или органического происхождения, используемые... Вспомогательные вещества вещества неорганического или органического происхождения, используемые в процессе производства, изготовления... |
|
Конспекты лекций (тезисы). Тема №1: Предмет и содержание курса Управление процесс воздействия органа управления (субъекта управления) на объект управления в целях или сохранения его основных свойств... |
|
Курсовая работа тема: «Исследование пожароопасных свойств метилового спирта» Критический диаметр огнегасящего канала и безопасного экспериментального максимального зазора. 29 |