Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Окисление органических загрязнителей воды озоном на массивном медном катализаторе Шабалина, Анастасия Валерьевна

Окисление органических загрязнителей воды озоном на массивном медном катализаторе
<
Окисление органических загрязнителей воды озоном на массивном медном катализаторе Окисление органических загрязнителей воды озоном на массивном медном катализаторе Окисление органических загрязнителей воды озоном на массивном медном катализаторе Окисление органических загрязнителей воды озоном на массивном медном катализаторе Окисление органических загрязнителей воды озоном на массивном медном катализаторе
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Шабалина, Анастасия Валерьевна. Окисление органических загрязнителей воды озоном на массивном медном катализаторе : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.04 / Шабалина Анастасия Валерьевна; [Место защиты: Том. гос. ун-т].- Томск, 2011.- 137 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-2/175

Содержание к диссертации

Введение

Глава I. Литературный обзор 9

1.1 Метод каталитического озонирования воды 9

1.1.1 Основные загрязнители воды 9

1.1.2 Современные технологии обработки воды 11

1.1.3 Молекулярный озон 12

1.1.4 Каталитическое озонирование 17

1.1.5 Типы катализаторов 18

1.1.6 Условия проведения процесса 21

1.2 Механизм каталитического озонирования воды 23

1.3 Методы получения оксидных и металлических катализаторов 34

1.3.1 Микроплазменное окисление 34

1.3.2 Самораспространяющийся высокотемпературный синтез 39

1.3.3 Метод Печини 41

1.4 Медный катализатор 42

1.4.1 Высокопористая ячеистая медь 42

1.4.2 Свойства оксидов меди 47

1.4.3 Состав растворов, содержащих щавелевую кислоту и

ионы меди (II) 49

Глава II. Экспериментальная часть 54

2.1 Приготовление катализаторов 54

2.1.1 Получение наноструктурированных катализаторов 54

2.1.2 Получение массивного медного ячеистого катализатора

2.2 Изучение сорбции модельного соединения катализаторах

2.3 Методика проведения процесса каталитического озонирования

2.4 Расчет результатов эксперимента 58

2.5 Методы изучения медного катализатора 58

Глава III. Результаты и их обсуждение 60

3.1 Оксидные и металлические катализаторы 60

3.1.1 Фазовый состав и размер структурных элементов 60

3.1.2 Активность катализаторов в процессе разложения щавелевой кислоты озоном 63

3.2 Массивный ячеистый медный катализатор 65

3.2.1 Оптимизация процесса получения массивной ячеистой меди 65

3.2.2 Разложение щавелевой кислоты 70

3.2.3 Разложение бензойной кислоты и метиленового синего 70

3.2.4 Стабильность медного катализатора 72

3.2.5 Влияние условий проведения процесса на его эффективность 73

3.3 Поведение катализатора в процессе окисления щавелевой кислоты озоном 79

3.3.1 Сорбционная способность ячеистой меди 79

3.3.2 Вклад палладия и олова в каталитическую активность ячеистой меди 79

3.3.3 Влияние количества используемого катализатора 81

3.3.4 Реструктуризация поверхности медного катализатора в процессе озонирования 83

3.3.5 Термодинамическое обоснование протекания различных реакций в изучаемой системе

3.3.6 Схемы возможных процессов в системе медный катализатор/озон/щавелевая кислота 96

3.3.7 Участие оксида меди (II) в разложении щавелевой кислоты 99

3.3.8 Участие ионов меди (II) в разложении щавелевой кислоты 100

3.4 Исследование кинетики процесса разложения щавелевой кислоты озоном в присутствии медного катализатора 103

Выводы 124

Список используемой литературы 126

Введение к работе

Актуальность проблемы

Опыт использования озона в качестве окисляющего агента в процессах очистки воды показал его экологическую безопасность, способность глубоко окислять органические вещества, удалять железо и марганец, снижать цветность воды, дезинфицировать и улучшать ее вкус и запах. Однако часто в процессе окисления органических загрязнителей озоном образуются устойчивые формы промежуточных веществ (карбоновые кислоты, альдегиды и др.). Поэтому первостепенное внимание уделяется созданию усовершенствованных процессов окисления загрязнителей, в которых для повышения полноты разложения, эффективности и экономичности процесса озонирования используются гетерогенные или гомогенные катализаторы. В качестве гетерогенных катализаторов применяются порошковые и гранулированные материалы - наноструктурированные оксиды или металлы на различных оксидных носителях.

С технологической точки зрения основным препятствием к широкому использованию таких катализаторов является их недостаточная прочность к истиранию. Это обуславливает необходимость введения дополнительной стадии фильтрации воды, усложняющей и удорожающей процесс ее очистки. Таким образом, перспективным является использование катализаторов другого типа: массивных, металлсодержащих, устойчивых к истиранию. Примеров использования таких катализаторов в научной литературе нами не обнаружено. Актуальность данной работы заключается в поиске металлсодержащих прочных массивных материалов, каталитически активных в процессе разложения органических загрязнителей воды озоном и физико-химическое исследование процесса разложения загрязнителей в присутствии данных катализаторов.

Цель работы - Разработка высокоактивного устойчивого к истиранию массивного катализатора для разложения органических загрязнителей воды озоном, исследование его активности и поведения в каталитическом процессе.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

  1. Выбор методики синтеза и материала катализатора.

  2. Изучение каталитической активности выбранного катализатора в процессе разложения органических загрязнителей воды озоном (на примере щавелевой и бензойной кислот, метиленового синего).

  3. Изучение изменения структуры и состава поверхности катализатора в процессе окисления загрязнителя озоном (на примере щавелевой кислоты).

4) Исследование влияния условий проведения процесса озонирования (рН, присутствие кислорода) на его эффективность.

Научная новизна

Впервые показана возможность использования массивной ячеистой меди в качестве

катализатора для полного окисления органических загрязнителей воды озоном.

С применением термодинамических расчетов и комплекса экспериментальных исследований показано участие в процессе окисления щавелевой кислоты оксидов меди, образующихся в системе под действием озона.

С использованием физических методов исследования морфологии и состава поверхности медного катализатора до и после проведения каталитического процесса, а также анализа возможных путей процесса составлена схема окисления органических загрязнителей воды озоном в кислой среде с участием поверхности катализатора, оксидов меди и ионов меди (II).

Практическая ценность работы

На основании полученных результатов показано, что массивная ячеистая медь, по

активности не уступающая описанным в научной литературе катализаторам, обладает низким гидродинамическим сопротивлением, высокой проницаемостью и устойчивостью к истиранию. Следовательно, применение данного катализатора в процессе окисления органических загрязнителей воды озоном не требует последующей ее фильтрации; становится возможным проведение процесса очистки в проточном режиме. Что, в свою очередь, способствует снижению времени необходимого на обработку воды и делает данный процесс привлекательным с экономической точки зрения. Предложенный в соавторстве с соискателем способ очистки воды от органических загрязнителей методом озонирования в присутствии медного катализатора защищен патентом РФ. Положения, выносимые на защиту

  1. Возможность применения массивного медного катализатора для окисления органических загрязнителей воды (на примере щавелевой и бензойной кислот, метиленового синего) озоном.

  2. Экспериментальное доказательство протекания процесса полного разложения (до ССЬ и НгО) органических загрязнителей в воде под действием озона в присутствии медного катализатора.

  3. Обоснование гетерогенной природы процесса окисления органических загрязнителей воды озоном с участием поверхности катализатора, оксидов меди и ионов меди (II).

Апробация работы

Основные результаты исследований были представлены и обсуждены на конференциях: III (IV, V, VI) Всероссийская конференция молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем». Томск, Россия, 2007 (2008, 2009, 2010); IV Школа-семинар

молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона». Улан-Удэ, Россия. 2007; IX Всероссийская научно-практическая конференция студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке», Томск, Россия. 2008; I и II Международный форум по нанотехнологиям, Москва, Россия. 2008, 2009; VI и VII Международная конференция студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук». Томск, Россия. 2009 и 2010; VIII International Conference 'Mechanism of Catalytic Reactions', Novosibirsk, Russia. 2009; 15-я международная выставка химической промышленности и науки «Химия-2009», конкурс проектов молодых ученых. Москва, Россия. 2009; Всероссийская рабочая химическая конференция «Бутлеровское наследие - 2011», Казань, Россия, 2011; International Catalysis Congress «EuropaCat X», Glasgow, United Kingdom, 2011.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 статьи в журналах из списка перечня ВАК, 18 научных трудов и материалов, 1 патент РФ.

Работа выполнялась в рамках проектов: по программе УМНИК Фонда содействия малым форм предприятий в научно-технической сфере «Разработка технологии новых каталитических мембран для высокоэффективной очистки воды методом озонирования» ГК №7057р/9611 от 1.07.2009 г., по ГК на выполнение поисковых научно-исследовательских работ (ФЦП Научные и научно-педагогические кадры инновационной России) «Создание каталитических мембран на основе высокопористой ячеистой меди для очистки воды от органических загрязнителей методом озонирования» для государственных нужд от 02.04.2010 г. №П57, по гранту РФФИ-Тайвань ННС_а №07-03-92001 «Создание многокомпонентных металлсодержащих катализаторов для разложения органических загрязнителей методом каталитического озонирования». Объем и структура диссертации

Диссертация занимает 137 страниц, состоит из 3 глав, содержит 50 рисунков, 16 таблиц и 104 источника литературы.

Основные загрязнители воды

Существование современного общества основано на широкомасштабном производстве, которое и определяет уровень технологии в развитых странах [1]. Характерная особенность жизни сегодня - это непрерывное внедрение и широкое использование химических веществ во всех сферах деятельности человека. Цена такого прогресса - увеличение частоты отравлений. В связи с этим в последние годы в большинстве стран мира сложилась так называемая токсическая ситуация.

Человечество синтезировало более 7 миллионов новых химических веществ, и их число ежегодно увеличивается на 60-70 тысяч. Любое здание содержит и выбрасывает в окружающую среду большое количество различных химикатов: пластики, сигаретный дым, чистящие (моющие) средства и вещества, связанные с сжиганием различных материалов, печатью струйных принтеров и ксерокопированием [2].

Анализ состояния воды, которая используется для водоснабжения населения, показывает ее существенное ухудшение [3]. Это связано с интенсивной хозяйственной деятельностью, в результате которой происходит сброс недостаточно очищенных промышленных и бытовых сточных вод, смыв вод с обработанных ядохимикатами сельскохозяйственных земель и так далее. Сточные воды различных производств, таких как фармацевтические, химические и другие, содержат трудноразлагаемые органические загрязнители в концентрациях, слишком малых для их извлечения с последующим применением, но слишком высоких для их удаления методом биологического окисления.

Среди наиболее токсичных соединений, попадающих в сточные воды, надо отметить фенолы. Основными источниками загрязненных фенолами сточных вод является коксохимическая и нефтеперерабатывающая промышленность, производства антиоксидантов и кинофотоматериалов. Содержание фенолов в сточных водах может колебаться в широких пределах (от 0 до 1000 мг/л), и обычно наряду с фенолами в них присутствуют другие токсичные соединения (роданиды, цианиды). Авторы [2] приводят данные об источниках органических загрязнителей, представленные в таблице 1. Таблица 1 - Загрязнители воды и воздуха Загрязнитель Источник Ацетон Краски, покрытия, пятновыводители, растворители,замазки Алифатические углеводороды Краски, клеи, бензин, линолеум, процессы горения, фотопечати и копирования, Ароматические углеводороды Процессы горения, краски, клеи, бензин, линолеум,покрытие стен Хлорсодержащие растворители Моющие и защитные средства для ковров и обивки, краски, пятновыводители, лаки, растворители, корректирующая жидкость, химическая чисткаодежды Дихлорбензол Ковры, освежители воздуха Терпены Дезодоранты, чистящие средства, полироли, ткани, кондиционеры для белья, сигаретный дым Как видно из приведенной таблицы, источниками загрязнителей могут являться не только природные и сточные воды, но также химикаты, применяемые в быту.

Идентификация отдельных загрязнителей, присутствующих в воде, и определение их количеств - дорогостоящие операции, которые занимают много времени. Кроме того, органические загрязнители, присутствующие в низких концентрациях, сложно идентифицировать и измерить количественно. Поэтому необходима разработка комплексного метода удаления органических загрязнителей, присутствие которых в воде принципиально возможно. 1.1.2 Современные технологии обработки воды

На сегодняшний день не существует экономически приемлемых технологий для эффективного и полного удаления загрязнителей, присутствующих в воде [2]. Наиболее важными этапами в процессе обработки воды являются окислительные процессы (биологические, химические и физические) [4]. Биологическое окисление является наиболее экономически приемлемым и широко используемым. Однако присутствие токсичных загрязнителей в обрабатываемой воде может сделать применение этого метода невозможным. Термическое разложение химикатов при высокой температуре, хотя и эффективно, но неприемлемо экономически [4]. Существующие физико-химические технологии дороги и коммерчески неприемлемы. Более того, в этих процессах загрязнители просто переводятся из одной фазы в другую, чтобы затем быть удаленными из водного раствора. Именно поэтому большой интерес уделяется развитию новых альтернативных методов, основанных на удалении загрязнителей посредством их химического окисления [2]. Химическое окисление с использованием таких окислителей как озон, перекись водорода, хлор и другие, в общем, преодолевает перечисленные трудности, хотя в большинстве случаев не всегда приводит к полному очищению воды от загрязняющих веществ.

Методы получения оксидных и металлических катализаторов

Микроплазменные процессы - это совокупность разнообразных процессов, общим признаком которых является наличие высокотемпературных химических превращений и транспорта веществ в электрической дуге, создаваемой между электродами ионной или ионной и электронной проводимости [79]. Обширная группа таких процессов отнесена к электрохимическим. Электрохимические, микродуговые и дуговые процессы включают в себя [79]: 1. Обычный электролиз. 2. Транспорт вещества электролита в разряд из раствора или расплава. 3. Высокотемпературные химические реакции в разряде и в зонах электродов, прилегающих к разряду, с участием или без участия вещества электродов. Высокотемпературные химические реакции приводят к выделению на поверхности электродов твёрдых и (или) газообразных продуктов [79]. Оксидные слои, формирующиеся при микроплазменных процессах, могут образовываться как за счет оксидирования материала основы, так за счет термохимических превращений составляющих электролита на поверхности и их последующего оплавления.

После повышения некоторых критических величин плотности тока вокруг металлического электрода образуется плазма, оттесняющая электролит от поверхности электрода [79]. При этом возникает многофазная система металл - плазма - газ - электролит, в которой энергоносителями носителями служат не только ионы, но и электроны.

На активном электроде последовательно протекают следующие фазы процесса [79]: обычный электролиз, при котором наблюдается газовыделение и перенос ионов металла в зависимости от состава электролита и материала электрода; при повышении напряжения возникают коммутационные явления на границе металл-электролит; дальнейшее повышение напряжения связанно с переходом к режиму нагрева металлов в электролитной плазме. Время существования искрового разряда не превышает 10 3 секунд. Место приложения разряда строго локализовано. Авторы [80] рассматривают основные электрохимические и плазмохимические реакции, сопровождающиеся переносом электронов через границу раздела электрод - раствор, протекающие на поверхности электрода при прохождении токов большой плотности, при анодной, катодной и анодно-катодной поляризации электрода. 1. Анодная поляризация электрода [80]. Под действием анодного электрического тока происходит образование оксидных или гидрооксидных покрытий на границе раздела электрод -раствор. Образованию тонких анодных пленок соответствуют суммарные электродные реакции: Met + п Н20 = Met Оп + 2пІҐ +2пё Met + (n+m) H20 = Met On -mH20 + 2пЬҐ +2пё Образование тонкой анодной пленки и концентрационные изменения в растворе приводят к формированию барьерного слоя. Под барьерным слоем понимаются энергетические затруднения, вызванные падением напряжения в пленке, а также в приэлектродной области раствора. Если напряженность электрического поля от внешнего источника питания выше электрической прочности барьерного слоя, то происходит пробой (микродуговой разряд), который приводит к выбрасыванию части металла материала основы в раствор, образованию из него гидрооксида и осаждению гидрооксида на поверхности покрытия в виде «микровулканов» и «микрократеров».

При анодной поляризации для введения в покрытие оксидов металлов из раствора необходимо использовать соли типа MetiMet2On, которые диссоциируют в растворе на ионы в соответствии с реакцией [80]: Met,Met2On = mMet,m+ + nMet2On n Анион Met2Onn" подходит к поверхности и в процессе обработки микроплазменным разрядом или электрохимической реакции переходит в оксид. 2. Катодная поляризация электрода [80]. Образование барьерного слоя при катодной поляризации электрода происходит за счет электрохимической реакции на поверхности электрода, которая приводит к изменению концентрации ионов в приэлектродном слое [80]. Концентрация ионов в приэлектродном слое уменьшается из за их участия в электрохимических реакции на поверхности электрода и недостаточной скорости доставки ионов из объёма раствора, при этом резко понижается электропроводность приэлектродного слоя, т.е. формируется барьерный слой. Если напряженность электрического поля от внешнего источника питания выше, чем электрическая прочность барьерного слоя, наступает пробой, появляются катодные микроплазменные разряды.

Получение наноструктурированных катализаторов

Образцы катализатора получены по методике, описанной в [85]. Сущность способа получения высокопористой ячеистой меди заключается в дублировании высокопористой структуры сетчато-ячеистого полимера -пенополиуретана (ППУ), путем нанесения на поверхность последнего медного покрытия и последующего удаления ППУ термообработкой. Медное покрытие наносилось путем химического осаждения меди формалином из раствора CuS04 в щелочной среде, в присутствии комплексообразователя -глицерина. Перед нанесением медного покрытия поверхность ППУ обрабатывалась 0,001 М кислым раствором хлорида олова и 0,001 М кислым раствором хлорида палладия (II) [86]. Затем гранулы ППУ (размером 1 см ) погружались в свежеприготовленный раствор меднения; его состав приведен в таблице 3. Осаждение велось до полной выработки раствора (около 1 часа). После осаждения меди на полимерную подложку проводился отжиг последней при температуре 600 С на воздухе. При этом происходило полное удаление ГШУ и окисление металлической меди до СиО. Затем проводилось восстановление оксида меди (II) до металлической меди при температуре 875 С в токе водорода. Восстановленная медь повторяет исходную сетчато-ячеистую структуру ГШУ.

Исследование сорбционной способности материалов по отношению к щавелевой кислоте проводилось посредством контакта катализатора с ее раствором фиксированное время, при постоянной скорости перемешивания. Затем пробы начального и конечного растворов анализировались на содержание щавелевой кислоты, и по полученным данным рассчитывался процент ее удаления за счет сорбции. Также были получены спектры ИК НПВО для материалов до и после сорбирования загрязнителя.

Концентрация начального раствора щавелевой кислоты составляла 1 10"3 моль/л. Навеска катализатора бралась равной 0,200 г, объем раствора, приводимого в контакт с исследуемым материалом, составлял 100 мл. 2.3 Методика проведения процесса каталитического озонирования

Установка для озонирования воды, используемая в данной работе, представлена на рисунке 6. В качестве источника озона применяется озонатор «Поликор-В». Воздух, подается в озонатор компрессором «Кратон Hobby 175/24» через фильтр-влагоотделитель марки «GAV F-180». Реактор Озонатор Компрессор Фильтр Рисунок 6 - Схема установки для проведения процесса озонирования воды Рисунок 7 - Схема реактора для проведения процесса каталитического озонирования воды: 1 - вход, через который поступает озоно-воздушная смесь, 2 - стеклянный фильтр, служащий для распыления газа в жидкой среде Конструкция реактора, обеспечивающего контакт обрабатываемой жидкости с озоном в присутствии и в отсутствие катализатора, приведена на рисунке 7. Реактор состоит из вытянутого стеклянного резервуара, разделенного фильтром Шотта. К нижней части реактора подводится озоно-воздушная смесь из озонатора, которая, благодаря мелкопористому фильтру, поступая в обрабатываемый раствор, разбивается на мелкие пузырьки. Определение содержания растворенного озона проводится методом йодометрии [93].

Для проведения эксперимента в присутствии катализатора, последний помещается в реактор непосредственно на фильтр Шотта. Затем в реактор заливается раствор модельного соединения. Перемешивание в системе осуществляется за счет подачи газа, причем, твердая фаза практически равномерно распределяется по всему объему обрабатываемой жидкости, находящейся в реакторе.

Обычно используются следующие условия проведения процесса озонирования. Объем обрабатываемого раствора - 100 мл; начальная концентрация щавелевой кислоты - 1 10"3, 1 10-2 М; скорость подачи газа -500 мл/мин; концентрация озона в жидкой фазе (определяется по ГОСТ 24683-81) - 0,03 мг/мл; время обработки - до 40 минут; рН раствора -естественный и поддерживаемый (рН 2 - НСЮ4, рН 9 - Na2B4O7T0H2O), температура - 20С. В раствор в зависимости от цели конкретного эксперимента помещяется от 0,2 до 2,5 г катализатора, сульфат меди (х.ч.), СиО (используется оксид меди, полученный в процессе изготовления массивной ячеистой меди до восстановления водородом).

После озонирования раствора модельного соединения в присутствии или в отсутствие катализатора гранулы твердой фазы отделяются от раствора путем фильтрации. Затем начальный раствор и раствор после обработки анализируются на содержание щавелевой кислоты, и рассчитывается степень ее удаления. Концентрация модельных органических соединений определяется как общий органический углерод с использованием анализатора общего углерода TOC-VCPN, Shimadzu. Также содержание щавелевой кислоты определяется фотометрически с использованием в качестве окрашивающего реагента нитросалицилата железа (III) [94], а бензойной кислоты - хроматографически с использованием Spectra SYSTEM (Колонка RESTEK, С-18; добавка 0,03 М фосфорной кислоты; скорость потока 1 мл/мин; длина волны 240 нм). Исследование каталитической активности и сорбционной способности проводится при естественном рН раствора, а также при рН 2 (НС104) и рН 9 (Na2B407-10Н2О). Концентрация ионов меди в растворе после озонирования определяется методом атомно-абсорбционной спектроскопии (атомно-абсорбционный спектрофотометр «SOLAFR S2», США).

Фазовый состав и размер структурных элементов

Методом микроплазменного окисления были получены пористые покрытия ТЮ2 на металлическом титане и А120з на алюминии. По данным рентгенофазового анализа оксид титана присутствует в покрытии в модификациях анатаз и брукит (содержание фаз 66,7 % и 33,3 %, размер частиц 8-10 нм и 25-50 нм соответственно), а оксид алюминия присутствует в виде а - А1203 (1,8% ,15 нм), 0 - А1203 (26,7% ,13 нм) и 6 - А1203 (71,5%, 14 нм).

Образцы пористого ферротитана в матрице А1203, полученные методом СВС-спекания, без покрытия и с покрытием из оксида Мп также были исследованы методом рентгеновской дифрактометрии. Подготовка образцов к исследованию данным методом состояла в измельчении пористых дисков до получения порошка с размером частиц приблизительно в 100 мкм. Анализ фазового состава и размеров областей когерентного рассеяния пористого ферротитана в А1203 показал наличие в образце модификации у-А1203, кубического FeO, металлического железа и ферротитана. Размер частиц колеблется от 20 до 30 нм. Пористый ферротитан в А120з с покрытием из оксида марганца (покрытие нанесено методом микроплазменного окисления в электролите, содержащем анионы MnCV-) помимо фаз, перечисленных выше, содержит оксид марганца Мп02. Размер частиц, как и в случае образцов без покрытия, не превышает 30 нм.

Массивная ячеистая медь была исследован методом ИК-спектроскопии. На поверхности данного материала присутствуют оксиды меди СиО и Си20. Медный материал был прокален при 500 С для получения более толстого слоя оксидов. На рисунке 8 приведены ИК-спектры медного ячеистого катализатора до прокаливания при 500 С (кривая 1) и после (кривая 2). Пики в областях 1210 и 1148 см-1 относятся к поверхностному карбонату меди, который образовался в результате взаимодействия с С02, так как прокаливание проводилось на воздухе. Появление после прокаливания пиков в области 617 см-1 и 520 см-1 говорит о появлении в системе объемных оксидов меди. Было установлено, что они легко отслаиваются с поверхности металла, чего не происходит при образовании тонкой пленки оксидов на воздухе. Так как исходный медный катализатор имеет однородную структуру, то следует предположить, что на его поверхности присутствуют тонкие слои (возможно, наноразмерные) оксидов меди.

Оксид железа и оксид алюминия, полученные методом Печини, были исследованы методом ПЭМ. Фотографии приведены на рисунках 9 и 10. Из приведенных фотографий видно, что размер частиц в случае оксида железа не превышает 50 нм, а для оксида алюминия колеблется от 20 до 400 нм.

Изучение активности катализаторов состояло из двух стадий: Исследование сорбционной способности материалов по отношению к щавелевой кислоте; Исследование каталитической активности материалов в процессе ее разложения. Для количественного выражения сорбционной способности и каталитической активности материалов использовался параметр - степень удаления щавелевой кислоты. Степень удаления щавелевой кислоты - это количество щавелевой кислоты, сорбировавшейся на поверхности катализатора или разрушившейся в результате взаимодействия с озоном в присутствии или в отсутствие катализатора. Сорбционная способность материалов по отношению к щавелевой кислоте исследовалась наряду с каталитической активностью для того, чтобы сравнивая полученные результаты, можно было однозначно сказать, удаляется щавелевая кислота за счет каталитического окисления или за счет сорбции на поверхности материала.

В таблице 4 приведены полученные данные о сорбционной способности и каталитической активности исследуемых материалов по отношению к щавелевой кислоте. Из первых двух строк данной таблицы видно, что материал - оксид алюминия на цеолитах, является достаточно хорошим сорбентом щавелевой кислоты, но практически не активен в реакции ее разложения. Для остальных материалов такой закономерности не наблюдается.

Похожие диссертации на Окисление органических загрязнителей воды озоном на массивном медном катализаторе