Влияние температуры приготовления оксида алюминия на влагоемкость и кислотно-основные свойства.
Р.А. Зотов, В.В. Молчанов, А.А. Глазырин, В.В. Данилевич, А.М. Володин,
Д.А. Зюзин, Л.А. Исупова
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирск
E-mail: Ruslan@catalysis.ru
УДК 66.074.327
В статье рассмотрено влияние температуры прокаливания (350-550 oC) осушителей на основе оксида алюминия, приготовленных из байерит содержащего гидроксида алюминия, на величину статической влагоемкости при высокой и низкой относительной влажности воздуха и кислотно-основные свойства поверхности. Кислотно-основные свойства оксидов алюминия определяли методом ИК-спектроскопии адсорбированных молекул СО (Льюисовские центры) и методом спиновых зондов, с помощью которого фиксировалась концентрация электроноакцепторных и электронодонорных центров. Показано, что при высокой относительной влажности воздуха (60%) нет корреляции между емкостью осушителя и кислотно-основными свойствами, в то время как при низкой относительной влажности (1-1,5%) увеличение концентрации электроноакцепторных центров, уменьшение концентрации электронодонорных центров и Льюисовских кислотных центров приводит к увеличению статической влагоемкости оксида алюминия.
ВВЕДЕНИЕ
Влага, содержащаяся в промышленных углеводородных потоках, может оказывать значительное влияние на эффективность многих технологических процессов. Так повышенная влажность сырья значительно снижает активность катализаторов алкилирования и олигомеризации углеводородов. Оптимальная влажность циркуляционных газов в процессе каталитического риформинга необходима для поддержания катализатора в рабочем состоянии [1]. Осушка углеводородных газов необходима при транспортировке природного газа с целью предотвращения образования гидратов углеводородных газов и водяных пробок [2].
Активные оксиды алюминия уже много лет широко используется в качестве сорбентов для осушки различных промышленных газов (воздуха и природного газа). Впервые для адсорбции воды оксид алюминия был использован фирмой Alcoa в 1932 году. Широкое применение оксидов алюминия в качестве осушителей обусловлено как их высокой эффективностью при осушке газов с относительной влажностью от 1 до 100% [3], так и тем, что в отличие от многих других осушителей оксид алюминия, сформованный в виде шариков или экструдатов, обладает высокой прочностью на истирание и излом и выдерживает большое количество циклов регенерации без изменения сорбционной влагоемкости [4]. Оксиды алюминия могут быть использованы также в качестве матрицы для нанесения различных гигроскопических веществ, что приводит к увеличению их сорбционной влагоемкости и позволяет поддерживать постоянную (оптимальную) влажность среды, благодаря обратимости процесса гидратации/дегидратации [5-8].
Стремительное развитие нефтехимических технологий, а также конкуренция в экономике предъявляют все большие требования к используемым алюмооксидным осушителям, в том числе повышению сорбционной влагоемкости (степени осушки) при заданной относительной влажности. На сегодняшний день хорошо известны основные принципы проектирования установок для осушки газов, включающиеся в себя расчет диаметра и длины реакторы, скорости потока газа, отвод тепла, условия регенерации для необходимой степени осушки газа [9-11]. Также известны принципы сорбции различных молекул, в том числе воды, в результате их концентрирования на поверхности твердого образца. Считается, что количество адсорбированного вещества прямо связано с величиной поверхности, доступной для адсорбции, важную роль в процессе сорбции воды играет также пористая структура [4]. Природа сил, которые удерживают определенные молекулы на поверхности, еще до конца не изучена, и были предложены различные теории, чтобы объяснить это явление [4]. Наиболее известной из них является теория, предложенная Ленгмюром, в которой предполагается, что взаимодействие молекул воды с поверхностью по своей природе имеет в основном физический характер (координационные, ванн-дер-вальсовые, диполь-дипольные и квадрупольные взаимодействия) [2,4,12,13]. Например, в [14] было предложена сорбция воды в результате образования аддуктов типа H+(H2O)n на высококремнистых цеолитах в результате взаимодействия молекул воды с Бренстедовскими кислотными центрам. В то же время индивидуальные оксиды алюминия, не обладающие сильными Бренстедовскими кислотными центрами [15], также хорошо сорбируют воду, что указывает на то, что и другие центры могут участвовать в процессе сорбции воды. Методом ИК спектроскопии показано, что на поверхности оксидов алюминия присутствует сильные Льюисовские кислотные центры [15]. Методом спиновых зондов показано, что оксиды алюминия, имеют на своей поверхности электроноакцепторные и электронодонорные центры, способные к восстановлению (окислению) адсорбированных на них молекул за счет переноса одного электрона (SET or Single Electron Transfer механизм) [16-19]. Логично полагать, что изменение концентрация вышеописанных центров может влиять на физико-химические свойства поверхности, а тем самым на скорость сорбции и сорбционную емкость оксида алюминия. Процесс адсорбции остается физическим? На Льюисах может быть диссоциация. Есть ли в литературе работы по взаимосвязи Льюисов и емкости на оксидах алюминия? Льюисы в свою очередь связаны с Бренстедовскими центрами.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.