Введение к работе
Актуальность проблемы. Жидкофазное каталитическое окисление сернистых соединений кислородом в менее токсичные продукты является одним из основных методов обезвреживания сернисто-щелочных стоков (СЩС) в нефтеперерабатывающих предприятиях. В этом процессе целесообразно использовать гетерогенные катализаторы, каталитически активные компоненты которых не уносятся с очищаемыми стоками, а носитель катализатора является устойчивым к воздействию щелочи и примесям нефтепродуктов, содержащихся в СЩС. Таким требованиям отвечает фталоцианиновый катализатор на полимерном носителе серии КС, используемый для обезвреживания сульфидсодержащих СЩС на предприятиях. Недостатком этого катализатора является относительно невысокая активность в реакции окисления сульфидов, обуславливающая длительность процесса обезвреживания концентрированных сульфидных СЩС и высокая стоимость фталоциа-нина кобальта, входящего в состав катализатора.
В последнее время существенно возрос интерес к каталитическим системам, представляющим собой комплексы оксидов переходных металлов, что связано с их высокой каталитической активностью и низкой стоимостью.
В связи с этим актуальным вопросом является разработка новых, более активных катализаторов очистки сернисто-щелочных сточных вод и изучение их структурных, физико-химических и каталитических свойств.
Целью настоящей работы явилось создание новых активных катализаторов окисления сульфид-, гидросульфидных соединений, на основе оксидов переходных металлов, закрепленных в матрице полиэтилена высокого давления, определение кинетических и термодинамических характеристик активации реакций каталитического окисления сульфидных соединений, а так же выявление факторов, влияющих на скорость жидкофазного окисления неорганическихсульфидов в водно-щелочных растворах.
Научная новизна.
Синтезированы новые катализаторы, представляющие собой смеси оксидов металлов переменной валентности (МпОг, СиО, СозСч, МО, и СггОз), закрепленные в матрице полиэтилена высокого давления, активные в реакции окисления неорганических сульфид-, гидросульфидных соединений.
Впервые установлено, что в реакциях окисления неорганических сульфидов кислородом проявляют максимальную активность катализаторы на основе оксидов металлов переменной валентности (МпОг, СиО), закрепленные в матрице полимера, имеющие сродство к электрону в интервале 1.8 -^- 2.1 эВ.
На основании обнаружения серы в поверхностном слое рабочего оксидного катализатора и нулевого порядка реакции по неорганическим сульфидам установлено образование комплекса металла с гидросульфид анионом.
На примере катализатора, в состав которого входят оксид марганца (IV) и оксид меди (II) впервые показано, что пространственное разобщение центров восстановления и окисления в полимерной матрице приводит к увеличению скорости окисления неорганических сульфидов.
Установлено, что реакции окисления неорганических сульфидов в присутствии оксидов металлов, закрепленных в матрице полимера, ингибируются гидроксил-анионами и имеют свободно-радикальный характер.
Практическая ценность. Созданы новые многокомпонентные гетерогенно-каталитические системы на основе оксидов переходных металлов МпОг, CuO, С03О4, NiO, и СггОз, закрепленные в матрице полимера, обладающие высокой эффективностью в реакциях окисления сульфида, гидросульфида натрия и сульфида аммония, которые могут быть использованы при обезвреживании сернисто-щелочных стоков целлюлозно-
бумажных предприятий, химических комбинатов, нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий. Обоснована целесообразность их практического применения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и представлялись на Всероссийской научной студенческой конференции «46-я Научная студенческая конференция по техническим, гуманитарным, и естественным наукам Чувашского государственного университета имени И.Н. Ульянова» (Чебоксары, 2012), I международной научно-практической конференции «Технические науки - основа современной инновационной системы» (Уфа, 2012).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 4 статьи в журналах, входящих в список, рекомендованный ВАК РФ, 2 статьи в зарубежных журналах, тезисы 2 докладов в материалах российских и региональных конференций.
Личный вклад автора заключается в изучении и анализе литературных данных, участие в постановке задач исследования, планировании и осуществлении экспериментальной работы, интерпретации и обобщении полученных результатов. Все включенные в диссертацию результаты получены лично автором, либо при его непосредственном участии. ИК спектроскопическое исследование выполнено вед. инж. Зверевым А.В., сканирующая электронная микроскопия и рентгеновская компьютерная томография выполнены Осиным Ю.Н., определение удельной поверхности катализатора методом низкотемпературной адсорбции азота выполнено Бекмухамедовым Г.Э. и к.х.н. Буй Динь Нам (Университет сельского и лесного хозяйства, Вьетнам).
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 134 страницах машинописного текста, включает 45 рисунка, 14 таблиц и список литературы из 133 ссылок. Работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы.
Похожие диссертации на Жидкофазное окисление неорганических сульфидов кислородом, катализируемое оксидами переходных металлов, закрепленными в матрице полиэтилена высокого давления
