Исследование электроноакцепторных центров поверхности катализаторов на основе сульфатированного диоксида циркония методом эпр и изучение закономерностей синтеза таких катализаторов по аэрогельной технологии

Р О С С И Й С К А Я    А К А Д Е М И Я   Н А У К

Сибирское Отделение

Институт катализа им. Г.К.Борескова

                                                                                 на правах рукописи

БЕДИЛО Александр Федорович

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОНОАКЦЕПТОРНЫХ ЦЕНТРОВ ПОВЕРХНОСТИ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ СУЛЬФАТИРОВАННОГО ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ МЕТОДОМ ЭПР И ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СИНТЕЗА ТАКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ ПО АЭРОГЕЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

02.00.15 -    химическая кинетика и катализ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой

степени кандидата химических наук

Новосибирск 1999

Работа выполнена в Институте катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук.

Научный руководитель:

Доктор химических наук                                                                   А.М. Володин

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Институт химической кинетики и горения СО РАН

Защита состоится ""  1999 года в  часов на заседании специализированного совета К.002.13.01 по присуждению ученой степени кандидата наук по специальности 02.00.15 "Химическая кинетика и катализ" в Институте катализа им. Г.К. Борескова СО РАН по адресу: 630090, г. Новосибирск, пр. академика Лаврентьева 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института катализа СО РАН.

Автореферат разослан ""  1999 г.

Ученый секретарь

специализированного  совета

доктор химических наук                                                        В.К. Семиколенов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Сульфатированный оксид циркония (SZ) в последнее десятилетие привлекает внимание исследователей во всем мире в качестве потенциального катализатора изомеризации алканов, прежде всего многотоннажного процесса изомеризации нормального бутана в изобутан, и ряда других процессов, требующих сильной кислотности. Первоначальные предположения о существовании на поверхности SZ суперкислотных центров не нашли надежного подтверждения в многочисленных исследованиях, проведенных с применением современных физических методов [1]. Это стимулировало интерес к альтернативным концепциям механизма инициирования процессов изомеризации на поверхности SZ, в частности к исследованиям роли электроноакцепторных (окислительных) центров.

В большинстве работ для синтеза катализаторов применялись методики, существенно не отличающиеся от предложенной с первых работах. С другой стороны, в самое последнее время удалось разработать ряд оригинальных способов синтеза активных SZ катализаторов. Дальнейшие работы в этом направлении и сравнение свойств активных катализаторов, полученных различными способами, со свойствами образцов с близким химическим составом, не обладающих заметной каталитической активностью, представляются крайне важными как для выявления природы активных центров и механизма реакции, так и для оптимизации методики синтеза и структуры катализаторов. Аэрогельная технология приготовления представляется весьма перспективной для синтеза каталитических материалов на основе оксида циркония.

Цель работы. При постановке настоящего исследования ставились следующие основные задачи:

1.  Разработка методики синтеза высокотемпературных аэрогелей ZrO₂ и SZ. Детальное исследование влияния различных условий приготовления на текстурные свойства получаемых аэрогелей.

2.  Сравнение каталитических свойств получаемых аэрогелей в реакции изомеризации бутана со свойствами образцов SZ, приготовленных традиционным методом. Исследование влияния количества нанесенной серы и температуры прокалки на каталитическую активность образцов, полученных различными методами.

3.  Исследование свойств и природы сильных электроноакцепторных центров SZ. Изучение инициируемых на таких центрах процессов с участием катион-радикалов.

4.  Сравнение силы и свойств электроноакцепторных центров на поверхности SZ катализаторов с существенно различающейся каталитической активностью. Оценка роли электроноакцепторных центров в процессах изомеризации и крекинга легких алканов на SZ.

5.  Изучение возможности инициирования видимым светом процессов образования катион-радикалов и превращений легких алканов на SZ и исследование механизма таких процессов.

Научная новизна. Систематическое исследование влияния различных параметров золь-гель процесса на свойства высокотемпературных аэрогелей ZrO₂ позволило разработать методы контроля пористой структуры путем варьирования концентраций кислоты и алкоксида циркония, а также определить параметры, оптимальные для приготовления аэрогелей с максимальной удельной поверхностью после термической обработки. Разработаны методика синтеза аэрогелей SZ по одностадийной  золь-гель методике с последующей высокотемпературной сушкой в автоклаве в сверхкритических условиях и новый метод приготовления активных SZ катализаторов путем пропитки аэрогелей ZrO₂ раствором сульфата аммония, и исследовано влияние количества нанесенной серы и температуры прокалки на свойства катализаторов.