Кинетика и катализ

В работе установлено влияние природы темплата, использованного в ходе синтеза носителя, на каталитические свойства нанесенных систем 3 мас. % Ni/Ce_xSn_1–xO₂ в углекислотной конверсии метана (УКМ). Носитель, содержащий церий и олово в молярном соотношении Ce : Sn = 9:1, синтезировали с помощью трех темплатов: ионного (бромид цетилтриметиламмония, СТАВ), неионного (Плюроник-123, Р123) и биологического (сосновые опилки). Катализаторы, полученные с применением Р-123 и опилок, оказались активными в УКМ в проточных условиях при 800°С, причем Ni/CeO₂–SnO₂–Р123 обеспечил наиболее высокие значения стационарной конверсии метана (11%) и диоксида углерода (29%). Анализ катализаторов и носителей методами температурно-программированного восстановления, рентгенофазового анализа, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии с приставками для энергодисперсионного анализа и магнитометрии показал, что образец Ni/Ce_xSn_1–xO₂–Р123 отличается наиболее равномерным распределением и повышенной дисперсностью частиц никеля, а также улучшенной степенью контакта никеля с оксидной фазой, содержащей олово, что способствует увеличению эффективности в реакции УКМ.

В реакции синтеза углеводородов из СО₂ исследованы серии железосодержащих катализаторов, нанесенных на γ-Al₂O₃ и модифицированных калием и кобальтом. Образцы разных серий отличались способом нанесения и соотношением компонентов. При приготовлении катализаторов, модифицированных кобальтом и калием, методом совместной пропитки по избытку пропиточного раствора наблюдается неравномерное распределение катионов кобальта и железа на поверхности катализатора. Нанесение железа и модификаторов методом последовательной пропитки по избытку пропиточного раствора с промежуточной термической обработкой на воздухе позволяет достичь равномерного распределения катионов кобальта и железа. Это приводит к значительному увеличению селективности образования углеводородов С₅₊ и снижению селективности по метану. Для катализаторов, приготовленных методом последовательной пропитки, было установлено оптимальное соотношение кобальта к железу, равное n_Co/n_Fe ≈ 0.35–0.45, а также содержание активного компонента, железа, составляющее ω_Fe ≈ 4%.

Проведено исследование фотокаталитической активности Cd_1–xZn_xS (x = 0–1) и композитов TiO₂/Cd_1–xZn_xS в реакции получения водорода под действием видимого света (λ = 410 нм). В системе с водным раствором C₂H₅OH, применяемым в качестве жертвенного агента, максимальную активность (1.6 ммоль г^–1 ч^–1) проявляет Cd_0.1Zn_0.9S. При использовании 0.1 M Na₂S/0.1 M Na₂SO₃ в качестве жертвенной добавки активность всех фотокатализаторов Cd_1–xZn_xS значительно возрастает, достигая максимума 7.0 ммоль г^–1 ч^–1 в присутствии Cd_0.3Zn_0.7S. Нанесение 1% TiO₂ на Cd_0.3Zn_0.7S методом смешивания в ацетоне позволило синтезировать высокоэффективный композит с активностью 8.3 ммоль г^–1 ч^–1, что соответствует мировому уровню. Ключевым результатом является подтверждение высокой стабильности данного композита как в органической, так и в неорганической средах, открывающее перспективы его практического применения для фотокаталитического получения водорода.

Высокочистый оксид алюминия находит свое применение в широком спектре задач от микроэлектроники до катализа. Основными соединениями-предшественниками для получения высокочистых марок оксида алюминия являются соответствующие гидроксиды. Текстурные свойства, такие как, например, пористая структура, химический состав гидроксидов, во многом наследуются оксидами. В данной работе, на примере серии образцов высокочистого моногидроксида алюминия бемитной (алкоголятный метод) и псевдо-бемитной (нитратно-аммиачное переосаждение) структуры, продемонстрирован нетипичный подход к интерпретации данных термического анализа на основе математического моделирования. Результатами данного метода являются количественные (эффективные константы скорости процесса дегидратации, энергия активации) и качественные (пористая структура, преобладающая ориентация кристаллитов) сведения об объектах исследования. Перечисленные характеристики во многом предопределяют качество сформованного, высокочистого алюмооксидного носителя катализатора. Таким образом, представленный подход может иметь приложение в качестве метода экспресс-анализа качества гидроксидов алюминия бемитной/псевдо-бемитной структуры для широкого спектра задач, включая получение носителей катализаторов на основе оксида алюминия.