Катализаторы на основе Ag/SBA-15 для глубокого окисления летучих органических соединений Михеева Наталья Николаевна

brief description

Михеева, Наталья Николаевна.
Катализаторы на основе Ag/SBA-15 для глубокого окисления летучих органических соединений : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.04 / Михеева Наталья Николаевна; [Место защиты: ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»]. - Томск, 2021. - 113 с. : ил.
Оглавление диссертациикандидат наук Михеева Наталья Николаевна
ВВЕДЕНИЕ
1. Литературный обзор
1.1 Проблема загрязнения воздуха летучими органическими соединениями
1.1.1 Метанол, как ЛОС, и катализаторы его окисления
1.1.2 Толуол и катализаторы глубокого окисления толуола
1.2 Ag-содержащие катализаторы глубоко окисления
1.2.1 Ag/MOx катализаторы
1.2.2 Ag/SiO2 катализаторы
2. Экспериментальная часть
2.1 Синтез носителей и катализаторов
2.2 Исследование структуры образцов
2.3 Исследование реакционной способности катализаторов неизотермическими методами
2.4 Исследование каталитических свойств
3. Особенности стабилизации частиц CeO2 на поверхности SBA-15
3.1 Изучение текстурных характеристик образцов методом низкотемпературной адсорбции азота
3.2 Изучение фазового состава образцов методом РФА
3.3 Исследование образцов методом УФ-видимой спектроскопии
3.4 Исследование образцов методом просвечивающей электронной микроскопии
3.5 Особенности восстановления СеО2 в образцах CeO2/SBA-15
3.6 Заключение к главе
4. Особенности распределения серебра и каталитические свойства образцов на основе SBA-15 и CeO2/SBA-15
4.1 Изучение текстурных характеристик образцов
4.2 Исследование фазового состава образцов
4.3 Исследование образцов методом просвечивающей электронной
микроскопии
4.4 Особенности восстановления окисленных форм серебра и оксида церия
4.5 Каталитическая активность в реакциях окисления СО и метанола
4.6 Заключение к главе
5. Окисление толуола на Ag-CeO2/SBA-15 катализаторах
5.1 Исследование текстурных характеристик образцов
5.2 Исследование образцов методом малоуглового рентгеновского рассеяния
5.3 Исследование образцов методом просвечивающей электронной микроскопии
5.4 Особенности восстановления окисленных форм серебра и оксида церия
5.5 Исследование особенностей взаимодействия толуола с поверхностью катализатора методом температурно-программированной десорбции толуола
5.6 Исследование реакционной способности адсорбированного толуола в окислительной атмосфере методом поверхностной температурно
программированной реакции
5.7 Окисление толуола
5.8 Заключение к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования
Летучие органические соединения (ЛОС) представляют собой легколетучие высокотоксичные соединения, загрязняющие атмосферу и пагубно влияющие на здоровье человека. В настоящее время ЛОС занимают лидирующие позиции в списке основных загрязнителей воздуха. Их повышенное содержание в воздухе отрицательно сказывается на состоянии окружающей среды и здоровье человека. На данный момент существует множество способов борьбы с выбросами ЛОС в воздух, однако их использование зачастую ограниченно в силу различных недостатков, таких как высокая энергозатратность, неполнота разложения ЛОС, проблемы с регенерацией материалов. Наиболее перспективными методами борьбы с ЛОС является их каталитическое окисление до СО2 и воды и адсорбция. Однако и такие методы имеют свои недостатки. Адсорбция связана с необходимость последующей регенерации адсорбента и возможностью возникновения внутридиффузных затруднений. Реакции глубокого окисления зачастую протекают при повышенных температурах (200-400 оС), что является весьма энергозатратным (особенно при малых концентрациях ЛОС). Решением обозначенных проблем может стать использование сорбционно-каталитического подхода. Суть этого подхода сводится к использованию сорбционно-каталитических систем, работающих в качестве сорбента при комнатной температуре и как катализатор при повышенных температурах.
Наиболее активными в глубоком окислении ЛОС являются катализаторы на основе благородных металлов, в первую очередь палладия и платины, однако их широкое применение ограничено их высокой стоимостью. В качестве альтернативного активного компонента для катализаторов окисления ЛОС (вместо дорогостоящих золота и металлов платиновой группы) наиболее перспективным представляется серебро. В отличие от других благородных металлов, серебро обладает относительно низкой стоимостью и более высокой
стабильностью к влаге, что повышает практический интерес к катализаторам на его основе.
Оксид церия, является одним из наиболее распространённых носителей для катализаторов низкотемпературного глубокого окисления органических веществ за счёт высокой подвижности поверхностного кислорода, однако его использование в качестве индивидуального носителя ограничено относительно высокой стоимостью, низкой термической стабильностью и невысокой удельной поверхностью. Газообразные молекулы кислорода легко активируются на поверхности твердого CeO2 за счёт быстрой и обратимой окислительно-восстановительной реакцией между Се4+ и Се3+. Сочетание CeO2 с другими оксидами переходных металлов (таких как оксиды циркония, гафния, гадолиния, иттрия, лантана и т.д.) используется для увеличение дисперсности частиц оксида церия и повышения реакционной способности red-ox переходов Се4+^Се3+, что увеличивает активность катализаторов [1, 2]. Другим способом увеличения стабильности мелких частиц оксида церия, является их нанесение на первичный носитель - оксид кремния или алюминия. Данный способ также позволяет получить высокопористый смешанный носитель, сочетающий в себе структуру первичного носителя и поверхность оксида церия, что может быть очень важно при разработке сорбционно-каталитического материала. На основе таких носителей могут быть получены высокоактивные катализаторы глубокого окисления даже при пониженном содержании оксида церия [3, 4]. Использование в качестве носителя оксида кремния со структурой МСМ-41 или SBA-15, отличающейся не только высокими значениями удельной поверхности и объёма пор, что обеспечивает высокую сорбционную ёмкость, но и позволяющей дополнительно управлять свойствами системы за счёт стабилизации высокодисперсных нанесённых компонентов в цилиндрических порах носителя.
Таким образом, разработка сорбентов и катализаторов для улавливания и окисления летучих органических соединений является актуальной, создание сорбционно-каталитических материалов на основе композиции Ag-CeO2/SBA-15 представляется перспективным для решения этой проблемы.