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

Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах Потемкин Дмитрий Игоревич

Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах
<
Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах
>

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

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

Потемкин Дмитрий Игоревич. Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах: диссертация ... кандидата химических наук: 02.00.15 / Потемкин Дмитрий Игоревич;[Место защиты: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук].- Новосибирск, 2014.- 137 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава I. Обзор литературы 10

1. Катализаторы и условия проведения избирательного окисления СО в водородсодержащих смесях 10

2. Оксидные медно-цериевые катализаторы 20

2.1.Структура и каталитические свойства 20

2.2. Кинетика и представления о механизме реакции 24

3. Биметаллические Au-Cu катализаторы 26

4. Синтез биметаллических катализаторов с использованием двойных комплексных солей 30

5. Возможности и перспективы применения микроканальных реакторов для проведения каталитических процессов 32

6. Выводы из литературного обзора и задачи работы 38

Глава II. Экспериментальные методики 40

1. Каталитические эксперименты 40

1.1.Схема экспериментальной установки 40

1.2.Конструкция каталитических реакторов 42

1.2.1 Кварцевый реактор для исследований свойств гранулированных катализаторов 42

1.2.2 Микроканальный реактор 43

1.2.3 Блок микроканальных реакторов 43

1.3.Анализ состава реакционной смеси и обработка результатов 45

2. Приготовление катализаторов 48

2.1.Оксидные Cu/CeO2 катализаторы 48

2.1.1 Фракция катализаторов 48

2.1.2 Каталитическая пленка, нанесенная в каналы микрореактора 49

2.2.Нанесенные биметаллические Au-Cu катализаторы 50

3. Физико-химические методы исследования катализаторов 52

Глава III. Избирательное окисление СО в присутствии Н2 в микроканальных реакторах и блоке микроканальных реакторов с Cu/CeO2 катализатором 55

1. Катализаторы, их физико-химические и каталитические

характеристики 55

2. Исследование работы микроканальных реакторов 64

2.1. Влияние температуры и скорости потока реакционной смеси на протекание реакции 64

2.2.Сопоставление каталитических характеристик, полученных в микроканальном и кварцевом реакторах 66

2.3.Оптимальные условия очистки водородсодержащей смеси от СО 68

2.4.Макрокинетическая модель избирательного окисления СО и кинетика реакций окисления СО и Н2 70

2.5.Математическая модель избирательного окисления СО и результаты расчетов 75

2.6.Оптимальная толщина каталитического покрытия: оценка влияния внутренней диффузии на протекание реакций 77

3. Исследование работы блока микроканальных реакторов 85

3.1.Влияние температуры и скорости потока водород- содержащей смеси 85

3.2.Очистка водородсодержащего газа от СО в "автотермическом" режиме работы блока микрореакторов 87

3.3. Сопоставление характеристик микроканальных реакторов для глубокой очистки водородсодержащих смесей от СО 88

Глава IV. Избирательное окисление СО в присутствии водорода на нанесенных биметаллических Au-Cu катализаторах 92

1. Особенности приготовления нанесенных биметаллических Au-Cu катализаторов 92

2. Катализаторы и их физико-химические характеристики 95

3. Активность и селективность биметаллических Au-Cu катализаторов: влияние температуры и природы носителя 106

4. Свойства биметаллического Au-Cu и монометаллических Au-, Cu- катализаторов, нанесенных на СеО2 109

5. Сопоставление свойств биметаллических Au-Cu катализаторов в избирательном окислении СО 114

Выводы 117

Cписок цитированной литературы 119

Кинетика и представления о механизме реакции

На всех катализаторах с увеличением температуры конверсия СО сначала возрастала, достигала максимума при оптимальной температуре или в интервале температур, а затем снижалась. Наблюдаемое падение конверсии обусловлено ускорением конкурирующей реакции окисления Н2 и реакции обратной паровой конверсии СО. Как видно из рис. 1, наибольшие конверсии 100 % достигаются на Cu/CeO2 и биметаллических Pt-M катализаторах. На Pt и Ru катализаторах также возможно добиться 100 %-ой конверсии СО путем подбора оптимальных условий процесса: правильного подбора параметров реактора, снижения скорости потока и увеличения отношения входных концентраций О2/СО. Далее будут кратко рассмотрены свойства каждой группы катализаторов. Палладиевые катализаторы неселективны в избирательном окислении СО - в условиях реакции они преимущественно катализируют окисление водорода и не могут использоваться для эффективной очистки от СО [26]. Платиновые и рутениевые катализаторы показывают высокую активность в окислении СО и являются стабильными [4, 5, 26]. Однако, селективность катализаторов в отношении окисления СО и T10ppm значительно снижаются при наличии в смеси СО2 и Н2О. Причиной такого поведения катализаторов в первую очередь является реакция, обратная паровой конверсии СО, вклад которой в протекание процесса избирательного окисления СО возрастает при повышении температуры. В работе [26] показано, что восстановление СО2 водородом на Pt/C начинает протекать уже при 140 С. На Ru/C это происходит уже при 100 С, причем среди продуктов реакции также присутствует и метан. Кроме того, было показано [27], что возникающий вследствие протекания высокоэкзотермичных реакций окисления СО и Н2 перегрев катализатора приводит к ускорению реакции обратной паровой конверсии СО и резкому снижению наблюдаемой селективности процесса.

Негативное влияние воды, по всей видимости, обусловлено блокированием активных центров адсорбированными молекулами воды. Каталитические свойства Rh-содержащих катализаторов на различных носителях были подробно исследованы в работах [28, 29]. Активность этих катализаторов в отношении окисления СО и селективность сильно зависели от природы носителя. Наилучший результат достигался на цеолите 3А с размером пор 3 , что близко к диаметру молекул СО2. Авторы [29] предположили, что внутри пор носителя концентрация СО2 значительно понижена, что ускоряет целевую реакцию окисления СО и снижает скорость нежелательных побочных реакций восстановления и метанирования диоксида углерода. Необходимой глубины очистки удалось достичь в широком температурном интервале (80 - 120 С) только при большом избытке кислорода по отношению к СО ([O2]вход/[CO]вход = 1.5 - 2).

Катализаторы на основе чистых платиновых металлов являются отличными катализаторами окисления водорода, которое протекает по классическому механизму Ленгмюра-Хиншельвуда. В присутствии СО благодаря его сильной адсорбции при температуре ниже 100 C окисление водорода ингибируется. Поверхность металлических частиц практически полностью покрыта молекулами СО, из-за чего блокируются центры адсорбции водорода и кислорода. С повышением температуры покрытие СО начинает уменьшаться, и реакции окисления СО и Н2 начинают конкурировать между собой [30]. Поэтому селективность и низкотемпературная активность монометаллических нанесенных Pt содержащих катализаторов как правило невысоки.

Свойства катализаторов на основе платиновых металлов могут быть значительно модифицированы благодаря допированию вторым металлом. Такие модифицированные катализаторы можно разделить на две группы. В первой группе активный компонент катализаторов представляет собой биметаллические наночастицы двух платиновых металлов, например, со структурой твердых растворов: Pt-Ru [31], Pt-Pd [32], системы со структурой "ядро-оболочка" (часто обозначаются как "Pt@Ru", "Ru@Pt") [33], и другие.

Синергетический эффект для таких катализаторов, по всей видимости, обусловлен электронными эффектами при образовании биметаллических наночастиц и, как следствие, изменением теплот адсорбции СО, О2 и Н2. Однако, предсказание поведения таких систем в условиях проведения каталитических реакций представляется очень трудной задачей.

Во вторую группу можно выделить системы, активный компонент которых представлен атомами платиновых металлов (в основном Pt), находящихся в тесном контакте с атомами металлов с переменной валентностью (или их оксидов): Fe [24, 25], Cu [18, 22], Co [14-23], Sn [34] и других. Синергетический эффект добавления атомов металла с переменной валентностью обусловлен реализацией низкотемпературного маршрута реакции окисления СО: при температурах, когда поверхность платинового металла еще плотно покрыта прочно адсорбированными молекулами СО, активация кислорода происходит на атомах второго металла, при этом окисление СО преимущественно протекает на границе двух металлов. Изменение электронных свойств наночастиц платины при образовании сплавов, и как следствие, изменение теплот адсорбции СО, О2 и Н2 также может иметь значение. В итоге, такие системы обладают высокой низкотемпературной активностью и селективностью. Из опубликованных на сегодняшний момент работ следует, что наилучшими каталитическими характеристиками обладают биметаллические Pt-Co системы.

Синергетический эффект связывают с образованием наночастиц твердых растворов Pt-Co [15, 16, 19, 20], наночастиц интерметаллидов, в частности Pt3Co [17, 18], границы Pt-CoOx [22]. Несмотря на то, что свойства Pt-Co катализаторов в реакции избирательного окисления СО изучены достаточно подробно, стоит отметить, что количественный и фазовый состав и методы приготовления исследованных в литературе Pt-Co катализаторов не оптимальны, так как не обеспечивают селективное образование тех или иных фаз на поверхности носителя; роль географического и электронного эффектов в наблюдаемой синергии также не определена.

Кварцевый реактор для исследований свойств гранулированных катализаторов

В последние 15-20 лет активно исследуется протекание разнообразных процессов в микрореакторах различной конструкции. Микрореакторы применяются для проведения каталитических процессов [5, 27, 44, 45], процессов сепарации, экстракции [83], процессов, представляющих интерес в в аналитической химии [84], биотехнологии и биохимии [85].

Микрореакторы или микроканальные реакторы представляют собой класс химических реакторов, один из геометрических размеров которых не превышает 1 мм. Обычно микрореакторы содержат один или несколько микроканалов, поперечный размер которых не превышает 1 мм. В таких каналах обеспечивается ламинарное течение флюидов. По сравнению с традиционными химическими реакторами микрореакторы характеризуются высокими значениями величины отношения площади стенок реактора к его объему, что определяет их уникальные характеристики тепло- и массообмена. Именно это дает определенные преимущества при проведении каталитических процессов. В частности, использование высокотеплопроводных материалов в качестве материала реактора и тонких пленок катализаторов, нанесенных на стенки каналов, обеспечивает эффективный массо- и теплоперенос. Использование тонких каталитических покрытий позволяет снизить влияние внутренней диффузии.

Основными методами изготовления микрореакторов являются хорошо разработанные для нужд микроэлектроники процессы травления (в случае металлических или кремниевых микрореакторов), а также хорошо развитые процессы литья и отверждения полимеров, что позволяет получать реакторы сложной формы с элементами очень малых размеров (вплоть до нескольких микрон) [86]. Четкий контроль температуры и возможность интегрировать различные нагреватели, теплообменники и мембраны в конструкцию реактора [87-91], а также малый объем реакционной зоны улучшают управляемость процесса, что повышает безопасность его проведения. Компактность микрореакторов и простота изготовления позволяют в случае необходимости быстро заменять реактор, а также открывают путь к созданию модульных технологических аппаратов, что удобно при малых и непостоянных режимах выпуска продукции. Кроме того, использование микрореакторов позволяет проводить реакции в ранее недоступных режимах, например, в пределах взрываемости газовых смесей. Это, вероятно, обусловлено высокой величиной отношения площади стенок реактора к его объему и, естественно, гибелью образующихся радикалов на стенках.

Весьма перспективным представляется использование микроканальных реакторов для проведения реакций селективного окисления различных соединений, селективность которых может сильно снижаться из-за возникновения локальных перегревов катализатора и диффузионных торможений. Тепловые эффекты реакций селективного окисления, как правило, находятся в пределах 100 – 300 кДж/моль. Целевыми продуктами обычно являются частично окисленные соединения (спирты, альдегиды, кетоны, эпоксиды и др.), дальнейшее полное окисление которых до СО2 и Н2О высокоэкзотермичный процесс (Q 1000 кДж/моль и более). Протекание реакций полного окисления нежелательно, так как приводит к снижению выхода продукта и часто делает процесс неуправляемым. Эффективность применения микрореакторов для проведения реакций селективного окисления была продемонстрирована в работах [92, 93] на примере реакции эпоксидирования этилена на серебряных катализаторах.

Несмотря на множество достоинств микроканальные реакторы пока не нашли широкого применения в промышленности в силу ряда трудностей. В первую очередь это проблема неравномерного распределения потока реагентов по каналам реактора, а также по сечению каждого канала, и забивания каналов. Она находится в стадии решения, и ей посвящается достаточно большое количество публикаций [94, 95]. Второй основной проблемой является необходимость использования высокоактивных катализаторов, поскольку их загрузка в микрореактор мала. Кроме того, применение микрореакторов накладывает ряд ограничений на выбор методов синтеза катализаторов, однако в данной области в последние годы наблюдается значительный прогресс [96-98].

Для большинства каталитических процессов использование микрореакторов, по сравнению с традиционными реакторами, дает ощутимую выгоду в производительности и массогабаритных характеристиках только для относительно малых масштабов производства целевого продукта. В частности, в работе [99] было показано, что для топливных процессоров, - генераторов водорода для топливных элементов, факторы масштабирования для микрореакторных систем выше, чем для традиционных реакторов. Однако, существуют примеры успешного применения микроканальных реакторов для достаточно больших масштабов производства. Так, фирмой “Velocys” создан и испытан прототип установки конверсии природного и/или попутных нефтяных газов в жидкие топлива по реакции Фишера-Тропша, состоящий из микрореакторов паровой конверсии газообразных углеводородов в синтез-газ и конверсии синтез-газа по реакции Фишера-Тропша в жидкое топливо [100, 101]. Оказалось, что применение микрореакторной технологии, по сравнению с традиционными реакторами, позволило значительно уменьшить объем установки (примерно в 10 раз), устранить температурные градиенты за счет сжигания топлива через стадию парциального окисления и растянутости зоны каталитического сжигания синтез-газа вдоль реактора, повысить энергоэффективность процесса и увеличить селективность получения целевых продуктов в реакции Фишера-Тропша. Пилотные испытания установки производительностью 1000 литров жидких углеводородов в день успешно проведены бразильской нефтяной компанией “Petrobras”.

Как и для “классических” реакций селективного окисления, для реакции избирательного окисления СО в водородсодержащих смесях также важен точный контроль температуры для предупреждения возникновения локальных перегревов катализатора, так как это приводит к ускорению нежелательных побочных реакций и снижению глубины очистки от СО. Поэтому применение микроканальных реакторов весьма целесообразно для проведения реакции избирательного окисления СО в присутствии Н2, в силу их компактности и эффективного тепло- и массопереноса.

Влияние температуры и скорости потока реакционной смеси на протекание реакции

На рис. 16 представлены температурные зависимости [CO]выход, SCO и ХО2 при протекании реакции избирательного окисления СО в блоке микрореакторов при различных потоках. Видно, что температурные зависимости [CO]выход, SCO и ХО2 показывают сходные тенденции с зависимостями для отдельных микрореакторов при соответствующих скоростях потока (рис. 9). В этих экспериментах температура поступающей газовой смеси на входе в реактор составляла 160 С, а реактор нагревался с помощью электрического нагревателя. При увеличении температуры реактора выходная концентрация СО снижалась, достигая минимума при оптимальной температуре, после чего возрастала. Принимая во внимание, что в блоке микрореакторы были соединены параллельно, мы ожидали, что при сопоставимых условиях протекания реакции избирательного окисления СО каталитические характеристики блока микрореакторов и отдельных микрореакторов будут близкими. В целом, полученные результаты для блока микрореакторов неплохо согласуются с данными для отдельных микрореакторов. При потоках 80000, 160000 и 240000 см3г-1ч-1 минимальные концентрации СО 2, 3 и 10 ppm наблюдались при температурах 210, 220 и 230 С, соответственно. При этих температурах досталась полная конверсия кислорода при селективности 33 %. Интервал температур, в котором достигались концентрации СО ниже 10 ppm (T10ppm), в этих случаях составлял 200 – 235, 205 – 235 и 225 – 235 С соответственно. Из рис. 9 и 11 видно, что значения T10ppm для блока микрореакторов близки к значениям для отдельных микрореакторов при тех же потоках. Незначительное сужение интервала температур T10ppm для блока микрореакторов может быть связано с неравномерным распределением потока по каналам в блоке микрореакторов. Тем не менее, проведенные эксперименты показали, что блок микрореакторов способен обеспечивать необходимую глубину очистки от СО в реальной водородсодержащей смеси с 1.5 об.% до менее чем 10 ppm.

При температурах блока микрореакторов 200 – 230 оС оценка тепловой мощности, выделяемой при протекании избирательного окисления СО при потоке 240000 см3г-1ч-1, составляет 26 Вт, в то время как теплоотдача неизолированного реактора 57 Вт. Таким образом, снизив теплоотдачу реактора, можно реализовать процесс в автотермическом режиме. Для протекания процесса в автотермическом режиме при оптимальных температурах 200 – 230 С необходимо было обеспечить, чтобы теплоотдача в окружающую среду составляла примерно половину от максимальной. Это было достигнуто, путем удаления части теплоизоляции с полностью теплоизолированного блока микрореакторов (изначально блок был покрыт теплоизоляционным материалом, чтобы минимизировать теплоотдачу при пуске реактора).

Автотермический режим работы блока микроканальных реакторов был реализован при температуре газовой смеси на входе в блок равной 215 С и предварительном нагреве блока до 160 С. На рис. 17 приведены полученные результаты, а именно зависимости выходной концентрации СО, температуры (рис. 17а) и конверсии О2, селективности (рис. 17б) от времени. Видно, что в течение 1 ч после отключения нагрева блока микрореакторов температура возрастала, а выходная концентрация СО снижалась. Когда конверсия О2 достигла 100 %, выходная концентрация СО составляла 14 ppm, а температура блока реакторов - 237 С, что выше оптимального значения, часть теплоизоляции удалили. Температура реактора снизилась до 233 С и оставалась неизменной следующие 4 ч. В этих условиях теплопотери блока реакторов компенсировались теплотой, выделяющейся в реакции. В автотермических условиях выходная концентрация СО составляла 10 ± 2 ppm при конверсии О2 100 % и селективности 33 %.

Таким образом, были проведены успешные испытания блока микрореакторов в автотермическом режиме. Очищаемый поток водородсодержащей смеси был достаточен для питания ПОМ ТЭ мощностью 100 Вт.

Согласно литературных данным (см. Главу I, раздел 5) микрореакторы неоднократно применялись для глубокой очистки водородсодержащего газа от СО. Однако, во многих случаях сопоставление литературных данных и результатов этой работы затруднено в силу разных условий проведения экспериментов. Поэтому мы ограничимся работами, в которых использовались в исследованиях реальные водородсодержащие смеси при потоках 0.3-3 л/мин достаточных для питания ПОМ ТЭ мощность 10 - 100

Зависимости выходной концентрации СО, температуры (а) и конверсии О2, селективности (б) от времени при протекании избирательного окисления СО в блоке микрореакторов в автотермическом режиме. Состав смеси (об.%): 1.5 СО, 2.25 О2, 57 Н2, 10 Н2О, 20 СО2 и Не – баланс. Скорость подачи газовой смеси: 240000 см3г-1ч-1. Температура смеси на входе в блок составляла 215 С. Вертикальная стрелка на рисунке обозначает момент, когда с реактора убрали теплоизолирующий материал. При t = 0 был отключен нагрев блока микрореактора. В таблице 5 обобщены данные о микрореакторах, включая загрузку катализаторов, объем и массу реакторов, производительность катализаторов и условия проведения экспериментов. Видно, что исследованный в данной работе блок микрореакторов с нанесенным 5Cu-Се02 катализатором показал лучшие результаты, снижая концентрацию СО с 1.5 об.% до 10 ppm при минимальном соотношении начальных концентраций O2 и СО и скорости потока очищаемой смеси 3 л/мин. По сравнению с испытанными в литературе реакторами [97, 103, 104, 113, 114], собранный блок микрореакторов показал наибольшую производительность 0.16 мольСО-г ч1. Отметим, что блок микрореакторов обладает несколько большим размером и весом по сравнению с микрореакторами, исследованными в работах [104, 113, 114], Однако, размеры и вес блока могут быть значительно снижены путем оптимизации геометрии пластин (числа, формы и длины каналов), использования более легкого материала, например алюминия и т.п.

Таким образом, полученные результаты подтверждают эффективность применения микроканальных реакторов для проведения глубокой очистки водородсодержащих смесей от моноксида углерода путем его каталитического избирательного окисления на оксидном медно-цериевом катализаторе.

Сопоставление характеристик микроканальных реакторов для глубокой очистки водородсодержащих смесей от

В этой главе представлены результаты исследования влияния температуры и состава водородсодержащей смеси на протекание реакции избирательного окисления СО на нанесенных биметаллических Au-Cu катализаторах. Эти катализаторы были приготовлены (см. Главу II раздел 2.2) разложением частиц двойной комплексной соли [Au(en)2]2[Cu(C2O4)2]38H2O внутри пор носителей и охарактеризованы (данные будут приведены ниже) физико-химическими методами (см. Главу II раздел 3).

Основные результаты, рассмотренные в этой главе, опубликованы в работах [136, 137] и докладывались на конференциях [138-140]. По результатам исследований получен патент РФ [141].

Особенности приготовления нанесенных биметаллических Au-Cu катализаторов Au-содержащие катализаторы обычно получают методом "нанесения осаждения" из хлорсодержащих предшественников [6, 7, 35], что требует тщательной отмывки от ионов хлора. Чтобы избежать этой процедуры для получения биметаллических Au-Cu катализаторов мы выбрали нитратную соль этилендиамина золота (III) ([Au(en)2](NO3)3) (en = NH2-CH2-CH2-NH2) в качестве соединения-предшественника катиона золота и аммонийную соль оксалатного комплекса меди ((NH4)2[Cu(C2O4)2]2H2O) в качестве соединения-предшественника аниона меди. При смешении растворов этих соединений происходит образование осадка малорастворимой двойной комплексной соли (ДКС) [Au(en)2]2[Cu(C2O4)2]38H2O. Структура и термические свойства этой соли изучены в работе [115]. Было показано, что термолиз этой ДКС в инертной и восстановительной атмосферах приводит к образованию наночастиц твердого раствора Au0.4Cu0.6 в полном соответствии со стехиометрией соли. Разложение ДКС в инертной атмосфере протекает в две стадии: удаление воды при 50 - 170 С и восстановление металлов катионной и анионной частей при 170 - 200 С. Низкая температура разложения и образование фазы твердого раствора в качестве единственного продукта позволяют считать эту ДКС весьма перспективной для получения нанесенных биметаллических Au-Cu наночастиц.

Таким образом, выбор [Au(en)2]2[Cu(C204)2]38H20 в качестве соединения-предшественника обусловлен следующими фактами:

низкой растворимостью соединения в воде, что позволяет получать частицы ДКС внутри пор носителя при двукратной последовательной пропитке солями золота и меди; - низкой температурой разложения соли -200 С; - образованием наночастиц твердого раствора Auo.4Cuo.6 при термолизе ДКС в инертной и восстановительной атмосферах; - отсутствием ионов хлора в составе соединений-предшественников. Катализаторы готовили путем последовательной пропитки носителей (оксиды церия, алюминия, кремния) комплексными солями золота [Au(en)2](N03)3 и меди (NH4)2[Cu(C204)2]2H20 с последующими сушкой и восстановлением. Для подтверждения образования нанесенных частиц ДКС в ходе приготовления катализатора методом РФА был изучен высушенный, но не восстановленный образец [Au(en)2]2[Cu(C204)2]3/Ce02. На рис. 18 сопоставлены дифрактограммы невосстановленного образца [Au(en)2]2[Cu(C204)2]3/Ce02 и порошка соли [Au(en)2]2[Cu(C204)2]38H20. Видно, что на дифрактограмме [Au(en)2]2[Cu(C204)2]3/Ce02 присутствуют рефлексы носителя Се02 и серия рефлексов при малых углах, относящаяся к [Au(en)2]2[Cu(C204)2]38H20. Это подтверждает образование в образце частиц ДКС. Средний размер частиц ДКС, оцененный по самому интенсивному пику, составил 40 нм. 22 2 4 2J3 2

Дифрактограммы невосстановленного AuCu-Ce02 катализатора и порошка ДКС [АфпЬЫСиССгО Ъ вНгО. 2. Катализаторы и их физико-химические характеристики

Реакцию окисления СО в присутствии Н2 изучали на биметаллических Au-Cu катализаторах, нанесенных на SiO2, -Al2O3 и CeO2 и для сравнения на монометаллических Au и Cu катализаторах, нанесенных на CeO2.

В таблице 6 для изученных катализаторов приведены содержание Cu и Au. Видно, что для монометаллических Au-CeO2, Cu-CeO2 и биметаллического AuCu-CeO2 катализаторов заданное (по условиям приготовления) и реальное (данные химического анализа) содержание Au и Cu практически совпадают. Для биметаллического AuCu-SiO2 катализатора реальное содержание Au и Cu меньше, чем заданное. Вместе с тем реальное и заданное мольное соотношение Au/Cu совпадают. По-видимому, это связано с тем, что в ходе приготовления катализатора носитель SiO2 поглотил меньший объем раствора солей меди и золота, чем было рассчитано. Для катализатора AuCu-Al2O3 реальное и заданное содержание Au совпадает, в то время как реальное содержание Cu ниже заданного, что в итоге приводит к более высокому значению реального мольного отношения Au/Cu, по сравнению с заданным. Этот факт, вероятно, также обусловлен тем, что в ходе приготовления катализатора носитель Al2O3 поглотил меньший объем раствора соли меди, чем было рассчитано.

В таблице 7 приведены текстурные характеристики катализаторов и носителей: удельная поверхность (SБЭТ) и объем пор (Vпор). Видно, что SБЭТ и Vпор катализаторов близки к соответствующим значениям для носителей. Это вполне закономерно, учитывая что содержание металлов было низким и не превышало 5 мас.% (см. таблицу 6).

Похожие диссертации на Закономерности протекания избирательного окисления СО в присутствии водорода на оксидных Сu/СeО2 и нанесенных биметаллических Аu-Сu катализаторах