Кинетика и механизм окисления н-пропилмеркаптана в процессах гомогенного и гетерогенного катализа макроциклическими комплексами кобальта

• Автор: Зиядова, Татьяна Максимовна
• Шифр специальности: 02.00.04, 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Порфирины: структура, свойства
1.2. Каталитические свойства металлопорфиринов и металл фталоцианинов
1.3. Механизмы катализа окислительно-восстановительных реакций металлокомплексами порфиринов и их аналогами
1.4. Гетерогенные катализаторы окисления серусодержащих соединений
1.4.1. Метод диспергирования металлокомплексов в полимерах
1.4.2. Метод осаждения из растворов
1.4.3. Метод сублимации (напыление в вакууме)
1.4.4. Метод химической прививки
1.4.5. Метод прямого синтеза на поверхность носителя
1.4.6. Метод адсорбции из растворов
II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
II. 1. Объекты исследования
II.2. Методы исследования
II.2.1 .Модификация образцов
11.2.2. Метод оценки количества фталоцианина, адсорбированного на поверхности мембраны
11.2.3. Расчет количественных характеристик пористых образцов
11.2.4. Получение ИК спектров
И.2.5. Методика определения удельной поверхности образцов
11.2.6. Методика исследования поверхности образцов методом атомносиловой микроскопии
И.2.7. Измерение краевых углов смачивания и оценка поверхностного
натяжения
II.2.8. Определение содержания растворенного кислорода

11.2.9. Исследование кинетики набухания полимерных мембран
11.2.10. Исследование кинетики влагопроницаемости полимерных
мембран
11.2.11. Методика выполнения измерений концентраций меркаптидной серы в щелочных растворах
11.2.12. Расчет констант скорости, констант равновесия, активационных
и термодинамических параметров реакций
11.2.13. Методика кондуктометрических измерений спиртовых
растворов металлопорфиринов
11.2.14. Обработка результатов измерений
III. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
III. 1. Гомогенный катализ окисления н-пропилмеркаптана макроциклическими комплексами кобальта
III. 1.1. Оценка состояния кобальтовых комплексов тетрафенилпорфина в растворе
III. 1.2. Окисление тетрафенилпорфирината кобальта (II) кислородом
III. 1.3. Окисление н-пропилмеркаптана тетрафенилпорфиринатом
кобальта (III)
III. 1.4. Окисление н-пропилмеркаптана октагидроксифталоцианином
кобальта (III)
III.2. Гетерогенные катализаторы окисления н-пропилмеркаптана
111.2.1. Влияние модификации на поверхностные свойства и
порометрические характеристики полиамидных мембран
111.2.2. Каталитическая активность полиамидных мембран,
модифицированных кобальтовым комплексом фталоцианина
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Металлокомплексы макрогетероциклических соединений - порфиринов и фталоцианинов - вызывают серьезный интерес исследователей, работающих в области химии, биохимии и химической технологии. Это обусловлено их выдающейся ролью в процессах, протекающих в живой природе. Макрогетероциклические комплексы находят широкое применение во многих областях науки и техники: на основе порфиринов в последние годы разработаны методы диагностики и терапии онкологических заболеваний, обеззараживания крови от вирусов, они применяются в качестве пигментов и красителей, а также катализаторов многочисленных химических процессов. Одним из самых перспективных направлений каталитического использования фталоцианиновых комплексов является обессеривание нефти, учитывая высокое содержание серусодержагцих соединений в отечественном сырье. Эта задача в настоящее время решается за счет окисления экстракционных меркаптидов кислородом, катализируемого фталоцианинами кобальта. При этом катализ может быть гомогенным при использовании водорастворимых кобальтфталоцианинов или гетерогенным с применением твердого катализатора.
Несмотря на многочисленные исследования реакций каталитического окисления серусодержащих соединений, представления о механизме окисления меркаптанов до сих пор остаются противоречивыми, что заметно ограничивает разработку высокоэффективных гетерогенных катализаторов. Учитывая сложность изучения механизмов гетерогенных процессов, кинетические исследования окисления меркаптанов, катализируемые макрогетероциклическими металлокомплексами, целесообразно проводить как в гомогенных растворах, так и в гетерогенных условиях.
Таким образом, изучение кинетики и механизма окисления серусодержащих соединений в гомогенной и гетерогенной средах является достаточно актуальной задачей.

носителя (импрегнированием, осаждением и соосаждением, сорбцией, напылением, возгонкой, методом Ленгмюра-Блоджетт), так и быть включенным в полимерную матрицу (инкапсулированием, диспергированием) [134]. Большинство из этих способов не имеют практических перспектив, прежде всего из-за технологических сложностей их реализации. Кроме того, вследствие сильных межмолекулярных взаимодействий на поверхности носителя формируется, как правило, микрокристаллическая фаза с неравномерной структурой, что увеличивает вероятность смывания металлокомплекса.
На практике более распространенным методом иммобилизации является химический, для которого необходимо наличие у носителя реакционноспособных функциональных группировок. Метод основан на химическом связывании [МХ„] с носителем; при этом тип образующейся связи (ковалентный, донорно-акцепторный, ионный) определяется природой реагирующих компонентов. Такая связь сохраняется и в ходе последующего каталитического процесса [133].
Ионная иммобилизация [47], являясь надежным и наименее трудоемким методом, реализуется за счет образования ионных пар с участием противоионов макроцикла и заряженных участков полииона.
Получаемые при ковалентной иммобилизации катализаторы наиболее стабильны, а центральный атом металла в меньшей степени блокируется носителем и сохраняет свои координационные и экстракоординационные свойства. Ковалентно связанные металлопорфирины получают в основном сополимеризацией и полимеризацией порфиринсодержащих мономеров [135].
Координационная связь металлокомплекса с носителем осуществляется, как правило, через центральный атом металла. Такие системы могут быть получены как в массе полимера, так и на поверхности твердого полимера-носителя, что позволяет повысить эффективность катализаторов на их основе [136].
Рассмотрим более подробно методы иммобилизации фталоцианинов на твердые носители для получения катализаторов окисления серусодержащих соединений.