Закономерности приготовления бинарных оксидных систем на основе Al2O3 золь-гель методом из алкоксидов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК

КАФЕДРА КАТАЛИЗА И АДСОРБЦИИ

Реферат по курсу

Научные основы приготовления катализаторов

Закономерности приготовления бинарных оксидных систем на основе Al2O3 золь-гель методом из алкоксидов

Студент гр. 241: Зотов Р.А.,

Научный руководитель: в.н.с., д.х.н. Молчанов В.В.

Преподаватель: доц., к.х.н. Пахомов Н.А.

Оценка « _____________»

Новосибирск, 2005

Содержание

  1. Введение.......................................................................................................3

      1.1. Смешанные оксиды в катализе............................................................3

      1.2. Гомогенность в смешанных оксидах....................................................3

  2. Золь-гель химия приготовления смешанных оксидов...............................5

       2.1. Основы золь-гель химии......................................................................5

       2.2. Контроль смешивания на молекулярном уровне...............................6

  3. Примеры приготовления бинарных оксидов золь-гель методом..............9

       3.1. Получение нанокристаллического оксида алюминия/магния золь-гель химии…………………………………………………...........................................9

       3.2. Получение смеси оксидов алюминия/кремния золь-гель методом..12

  4. Выводы……………………………………………………………………….........14

  5. Литература....................................................................................................15

1. Введение

1.1. Смешанные оксиды в катализе

Многокомпонентные оксиды играют центральную роль в химических и нефтехимических процессах как катализаторы и как носители для катализаторов. Основной компонент смеси может быть стабилизирован от спекания даже в присутствии небольшого количества второстепенного компонента. Таким образом, материал с такой добавкой может использоваться при более высоких температурах. Например, добавление к титану 10% по массе кремния приводит к увеличению площади поверхности и объема пор [1]. Кроме того, присутствие кремния увеличивает температуру кристаллизации оксида титана. Этот эффект осуществляется из-за препятствия спекания оксида титана соединениями кремния через образования Ti-0-Si связи. Комбинация оксидов c разной валентностью дает возможность для создания новых кислотных центров, которые не присутствуют ни в одном из чистых соединений.

Золь-гель метод один из наиболее эффективных методов для синтеза бинарных оксидов, которые трудно получить обычными способами. Золь-гель метод для бинарных систем, основанный на гидролизе алкоксидов, является одним из наиболее изученных. Достижение гомогенного катионного распределения является решающим к пониманию преимуществ золь-гель метода. Пока еще, во многих случаях, с помощью золь-гель метода для бинарных оксидов трудно получить желательное или гомогенное распределение.

1.2. Гомогенность в смешанных оксидах

Достижение гомогенности на молекулярном уровне является важным для синтеза смешанных оксидов. В результате гомогенного смешения появляется новая фаза. Наличие в такой фазе металлов с разными валентностями приводит к появлению кислотных или основных по Льюису и Бренстеду  центров. Кислотные центры  в таких гомогенных смешанных оксидах имеет принципиально другую природу, чем кислотные центры в негомогенных смешанных оксидах, и основаны на замещении атомов в узлах кристаллической решетки, например, трехвалентных, четырехвалентными, в результате чего появляется Льюисовские центры. Обычно такие гомогенные оксиды металлов обладают большей каталитической активностью в реакциях, в которых необходимо наличие кислотных центров. Например, активность гомогенного образца(10% Si и 90%Ti) в два раза больше в реакции изомеризации бутена, чем негомогенного. Активность в таких реакциях увеличивается за счет увеличения концентрации и силы, кислотных  по Льюису и Бренстеду центров [1].

Обычные методы приготовления смешных оксидов (Например: пропитка, соосаждение) ограничены, в их способности управлять смешиванием компонентов, одновременно обеспечивая высокую площадь поверхности и объема пор. Это делает их мало пригодными для изучения влияния гомогенности на свойства смешанных оксидов. Напротив, золь-гель метод обеспечивает хороший контроль над смешиванием.

2. Золь-гель химия приготовления смешанных оксидов

2.1. Основы золь-гель химии

В золь-гель методе в качестве предшественников могут использоваться – алкоголяты металлов, неорганические соли, и  заранее подготовленные золи. Алкоголяты являются наиболее широко используемыми и наиболее изученными.

Гидролиз алкоголятов металла, используемых в качестве предшественников в золь-гель методе, проводится обычно в спиртовом растворе с небольшим количеством воды. Затем происходит их конденсация и образование олигомеров. Олигомеры превращаются в кластеры за счет продолжения реакции конденсации, а кластеры при взаимодействии друг с другом формируют трехмерную сетку геля. В случае простого оксида, происходящие при гелеобразовании реакции можно представить следующей стадией.