Введение к работе
Актуальность работы. Катализаторы Pt/C с низким содержанием металла широко используются как высокоэффективные катализаторы в реакциях селективного гидрирования и окисления органических соединений Традиционно их получают нанесением платины из разбавленных растворов H2PtCl6 на поверхность пористого углеродного носителя (УН) с последующим переводом адсорбированных соединений в металлическое состояние
К проблеме формирования катализаторов Pt/C за последние 20 лет обращалось значительное число исследовательских групп Однако, несмотря на накопленный опыт и большой объем экспериментальных данных, до сих пор не сформировалось общепринятого мнения относительно процессов, протекающих на самой важной стадии синтеза катализаторов, во многом предопределяющей такие свойства активного компонента, как дисперсность и распределение по зерну УН, - стадии пропитки угля раствором H2PtCl6 Кроме того, спорным остается вопрос о причинах влияния текстурных и химических свойств УН на дисперсность Pt в катализаторе Эти разногласия, вероятно, обусловлены недостаточностью знаний о природе адсорбированных соединений платины и последовательности заполнения поверхности УН этими соединениями
Цель работы состояла в создании непротиворечивой модели формирования активного компонента в катализаторах Pt/C, что необходимо для целенаправленного синтеза катализаторов с заданными эксплуатационными характеристиками Наибольшее внимание уделено изучению природы процессов, протекающих при взаимодействии H2PtCl6 с поверхностью углеродных материалов, и выявлению влияния природы различных адсорбированных предшественников платины на дисперсность металла в катализаторе
Научная новизна. В работе впервые получены следующие результаты
-
Детально изучены закономерности адсорбции H2PtCl6 на поверхности квазиграфитовых углеродных материалов с различными субструктурными и текстурными свойствами, а также химическим состоянием поверхности Показано, что процесс протекает через восстановление комплексов платины и сопровождается хлорированием поверхности углерода, а не его окислением до окислов углерода и кислородсодержащих групп
-
Впервые при изучении состояния адсорбированных соединений платины для системы fyPtCle/C использованы химические методы анализа (элементный и элюентный анализ) Обнаружены частицы металлической платины, способные окисляться на воздухе до оксидов, ионные соединения Pt" и Pt, комплексы Рг с ненасыщенными фрагментами углеродной матрицы
-
Впервые показано, что мольное соотношение между различными предшественниками металла определяется общей концентрацией платины и зависит от природы углеродного носителя, его гранулометрического состава и температуры адсорбции H2PtCl6 Установлено, что все предшественники активного компонента катализаторов Pt/C, образующиеся в результате адсорбции H2PtCl6 при комнатной температуре, являются высокодисперсны-
ми, тогда как при 85С на поверхности угля могут формироваться грубо-дисперсные частицы металлической платины
-
Изучено влияние температуры и атмосферы адсорбции, а также природы и гранулометрического состава углеродного носителя на дисперсность частиц металла в катализаторе в зависимости от содержания платины на носителе
-
Обнаружено, что на стадии восстановления предшественников активного компонента в Н2 при 250С примеси химически связанного азота в углеродных материалах каталитически превращаются в NH4C1, который способствует спеканию металла в катализаторе
Практическая значимость. На основании полученных экспериментальных данных предложена физико-химическая модель формирования активного компонента адсорбционных катализаторов Pt/C Модель объединяет большое количество литературных данных и позволяет снять ряд существующих в литературе противоречий, касающихся влияния текстурных и химических свойств УН на дисперсность платины в катализаторе Предложены подходы к регулированию дисперсности активного компонента катализаторов Pt/C с низким (менее 1%) содержанием металла, что может быть использовано для целенаправленного синтеза катализаторов с заданными эксплуатационными характеристиками
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены в виде устных докладов на 5-й Российской конференции "Научные основы приготовления и технологии катализаторов" (Омск, 2004), 2-й международной школе-конференции по катализу для молодых ученых (Новосибирск-Алтай, 2005 г), Ш-й Международной конференции "Катализ теория и практика" (Новосибирск, 2007 г)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 статьи и 3 тезиса докладов.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, приложения и списка литературы Работа изложена на 131 странице и включает 41 рисунок и 28 таблиц В библиографии приведено 160 ссылок
