Синтез каталитически активного сульфатированного оксида циркония по аэрогельной технологии

Страницы работы

22 страницы (Word-файл)

Содержание работы

Глава 3.2 Синтез каталитически активного сульфатированного оксида циркония по аэрогельной технологии

Опыт приготовления высокотемпературных аэрогелей ZrO2 был применен для синтеза по этому методу сульфатированного оксида циркония. Было приготовлено два типа образцов SZ с использованием золь-гель технологии. В первом случае серная кислота добавлялась в раствор до стадии гелеобразования, во втором – сульфат-ионы  наносились на аэрогели ZrO2 методом пропитки уже после СКС. Было изучено влияние параметров золь-гель процесса на текстуру аэрогелей SZ, а также проведено сопоставление текстурных, морфологических и каталитических свойства полученных образцов со свойствами традиционных SZ катализаторов. Для детального исследования были выбраны образцы с одной температурой прокалки – 600°C. Это достаточно типичная температура при приготовлении SZ катализаторов. Зависимость свойств полученных образцов от температуры прокалки будет рассмотрена в § 3.2.5.

§3.2.1. Исследование текстурных свойств

При приготовлении образцы SZ серии AP использовалась процедура, аналогичная примененной в предыдущей главе для синтеза аэрогелей ZrO2. Требуемое количество серной кислоты добавляли к раствору бутоксида циркония перед гидролизом и гелеобразованием. Было исследовано влияние некоторых параметров золь-гель процесса на текстурные свойства аэрогелей с номинальным содержанием серы 10% (об определении номинального содержания серы см. §2.1.3). Ранее было показано, что такого количество серы достаточно для появления у низкотемпературных аэрогелей SZ после прокалки при температуре выше 500°C каталитической активности в реакции изомеризации бутана [7].

Оказалось, что добавка серной кислоты оказывает крайне незначительное влияние на время гелеобразования. Для гелей с 10% H2SO4 это время оказалось лишь немногим выше, чем в тех же условиях в отсутствии серной кислоты. Во всяком случае, нам кажется невозможным соответствующее уменьшение концентрации азотной кислоты, используемой для регулирования кислотности среды, как это было предложено в работе [7].

Влияние концентрации азотной кислоты на текстурные свойства аэрогелей SZ после СКС оказалось аналогично наблюдавшемуся для ZrO2. Времена гелеобразования и удельная поверхность аэрогелей растут с ростом концентрации HNO3 (Рис. 3.32).

На рисунке 3.33 приведена зависимость удельной поверхности и объема пор аэрогелей, прокаленных на воздухе при температуре 600°C в течение 2 часов, от концентрации азотной кислоты. Известно (§1.1.1), что подобная обработка необходима для формирования у SZ каталитической активности. Как уже отмечалось, в различных исследованиях максимальная активность SZ в реакции изомеризации алканов наблюдалась после прокалки при температурах от 550 до 650°C в зависимости от условий приготовления катализатора и проведения реакции. Однако образцы, подвергнутые термообработке на воздухе при температуре 600°C, всегда обладали некоторой активностью в том случае, если использованный метод приготовления в принципе позволял получать каталитически активные образцы. Поэтому, мы решили вначале ограничиться только одной температурой прокалки при исследовании образцов SZ, приготовленных различными методами и содержащих разное количество серы. Влияние температуры прокалки на свойства полученных образцов будет рассмотрено ниже (§ 3.2.5).

Сравнивая рисунки 3.32 и 3.33, можно заметить, что прокалка при температуре 600°C приводит к инвертированию характера зависимости удельной поверхности аэрогелей от концентрации азотной кислоты. Удельная поверхность и объем пор прокаленных образцов падает с ростом кислотности, и наиболее высокой удельной поверхностью обладает образец со временем гелеобразования всего 6 секунд. Этот результат расходится с данными по ZrO2, где максимальная удельная поверхность наблюдалась у образцов со временем гелеобразования 40-60 секунд.

Распределения размеров пор аэрогелей с различными концентрациями HNO3 после прокалки представлены на рисунке 3.34. Как и в случае ZrO2, наблюдается монодисперсное распределение размеров пор, причем максимумы на кривых распределения сдвигаются в стороны меньших радиусов пор с ростом концентрации кислоты.

Некоторые результаты, отражающие влияние других параметров золь-гель процесса на текстурные свойства аэрогелей SZ с содержанием серы 10% приведены в таблице 3.2. Применение большего количества воды для гидролиза (6 моль/моль Zr) приводит к увеличению концентрации азотной кислоты, необходимой для получения близкого времени гелеобразования примерно в 1,5 раза. При этом удельная поверхность аэрогелей как до, так и после прокалки была ниже, чем при нормальном количестве воды (4 моль/моль Zr). Аэрогели, приготовленные с использованием концентрации бутоксида циркония 1 моль/л, имеют более высокую удельную поверхность до прокалки, но существенно более низкую после прокалки, в сравнении с остальными образцами, при синтезе которых использовалась концентрация алкоксида 0,5 моль/л. Применение более высокой температуры СКС приводит к уменьшению удельной поверхности аэрогелей после СКС и ее увеличению после прокалки. Все эти результаты хорошо согласуются с приведенными выше данными о влиянии этих факторов на текстурные свойства аэрогелей ZrO2.

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Химия
Тип:
Дипломы, ГОСы
Размер файла:
123 Kb
Скачали:
0