Полимер-стабилизированные наночастицы палладия и рутения-катализаторы реакций селективного гидрирования ацетиленовых спиртов и окисления моносахаридов

• Автор: Никошвили, Линда Жановна
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Способы синтеза наночастиц металлов
1.1.1 Основные закономерности формирования нанофазы в растворе
1.2 Стабилизация наночастиц металлов
1.2.1 Полиэлектролиты
1.2.1.1 Классификация и основные свойства
1.2.1.2 Возможности стабилизации наночастиц металлов
полиэлектролитами
1.2.1.2.1 Стабилизация паночастиц в мицеллах амфифильных блок-сополимеров
1.2.1.2.2 Стабилизация наночастиц в микросегрегированных
амфифильных блок-сополимерах
1.2.1.2.3 Стабилизация наночастиц в тонких полиэлектролитных слоях, нанесенных на инертную подложку
1.2.2 Наноструктурированные полимерные матрицы 3 О
1.3 Возможности использования стабилизированных полимерами наночастиц
металлов в катализе
1.3.1 Гидрирование тройной связи ацетиленовых спиртов
1.3.1.1 Палладий, как наиболее селективный металл для гидрирования
тройной связи ацетиленовых спиртов
1.3.1.2 Селективное каталитическое гидрирование дегидролиналоола
1.3.2 Окисление альдегидной группы моносахаридов
1.3.2.1 Селективное каталитическое окисление О-глюкозы
1.3.2.2 Рутений как катализатор окисления альдегидной группы
моносахаридов
2 МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И АНАЛИЗОВ
2.1 Методика приготовления катализаторов
2.1.1 Методика приготовления наночастиц Рй, стабилизированных в
ультратонких слоях хитозана, нанесенных на окись алюминия

2.1.2 Методика приготовления наночастиц Ru, стабилизированных в порах
(пустотах) полимерной матрицы СПС
2.2 Оборудование и методики проведения экспериментов
2.2.1 Установка для проведения гидрирования
2.2.2 Методика гидрирования
2.2.3 Установка для проведения окисления
2.2.4 Методика окисления
2.2.5 Газохроматографический анализ катализата (реакция гидрирования
ДГЛ)
2.2.6 Анализ катализата методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (реакция окисления ГЛ)
2.3 Физико-химические методы исследования катализаторов
2.3.1 Определение удельной поверхности низкотемпературной
адсорбцией азота
2.3.2 Хемосорбция СО
2.3.3 Определение содержаний металлов методом
рентгенфлуоресцентного анализа
2.3.4 Рентгенофотоэлектронная спектроскопия
2.3.5 Сканирующая электронная микроскопия
2.3.6 Просвечивающая электронная микроскопия
2.3.7 Инфракрасная спектроскопия диффузного отражения адсорбции СО
(diffuse reflectance infrared fourier transform spectroscopy, DRIFTS)
2.3.8 Изучение протяженной тонкой структуры в спектрах рентгеновского поглощения (extended X-ray absorption fine structure, EXAFS) и исследование ближней тонкой структуры рентгеновского поглощения (Xray absorption near edge structure, XANES)
2.3.9 Измерения поверхностного натяжения и углов смачивания
растворов хитозана и ПСС
2.4 Использованные реактивы
3 КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ГИДРИРОВАНИЕ
3.1 Физико-химические свойства нанокомпозитов на основе наночастиц палладия, стабилизированных в ультратонких слоях хитозана, нанесенных на инертную подложку
3.1.1 Определение удельной поверхности и пористости
низкотемпературной адсорбцией азота

3.1.2 Рентгенфлуоресцентное исследование образцов
3.1.3 Хемосорбция СО
3.1.4 Рентгенофотоэлектронное исследование образцов
3.1.5 Сканирующая электронная микроскопия
3.1.6 Просвечивающая электронная микроскопия
3.1.7 Измерения поверхностного натяжения и углов смачивания
растворов хитозана и ПСС
3.1.7.1 Измерение контактных углов
3.1.7.2 Измерение поверхностного натяжения
3.2 Каталитические свойства наночастиц палладия, стабилизированных в ультратонких слоях хитозана
3.2.1 Влияние природы растворителя
3.2.2 Влияние интенсивности перемешивания
3.2.3 Кинетики гидрирования ДГЛ
3.2.3.1 Влияние количества катализатора и начальной концентрации субстрата на процесс гидрирования
3.2.3.2 Влияние температуры на процесс гидрирования
3.3 Выбор кинетической модели процесса гидрирования ДГЛ на
хитозан-содержащих нанокомпозитах
4 КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ
4.1 Физико-химические свойства нанокомпозитов на основе наночастиц
рутения, стабилизированных в пустотах/порах полимерной матрицы СПС
4.1.1 Определение удельной поверхности и пористости
низкотемпературной адсорбцией азот
4.1.2 Рентгенфлуоресцентное исследование образцов
4.1.3 Рентгенофотоэлектронное исследование образцов
4.1.4 Просвечивающая электронная микроскопия
4.1.5 Инфракрасная спектроскопия диффузного отражения адсорбции СО (DRIFTS)
4.1.6 Изучение протяженной тонкой структуры в спектрах рентгеновского поглощения (EXAFS) и исследование ближней тонкой
структуры рентгеновского поглощения (XANES)
4.2 Каталитические свойства наночастиц рутения, стабилизированных в
пустотах полимерной матрицы СПС

2 МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И АНАЛИЗОВ
2.1 Методики приготовления каталитически активных наночастиц металлов
2.1.1 Методика приготовления наночастиц Рй, стабилизированных в ультратонких слоях хитозана, нанесенных на окись алюминия
Исследуемые нанокомпозиты были синтезированы в лаборатории Синтеза полимеров ИНЭОС РАН и НИЛ «Катализатор» ТГТУ методами однократного нанесения и нанесения «слой за слоем», в соответствии со схемой, представленной на рисунке 1.10.
В случае однократного нанесения синтез носителя для наночастиц палладия происходит по следующей методике:
1) окись алюминия обрабатывают №ОН для получения отрицательно заряженной поверхности: 2 мл раствора ИаОН концентрацией 2 моль/л добавляют к 50 мл суспензии окиси алюминия (10 г у-А120з) в воде и перемешивают в течение 10 мин. Полученную суспензию отфильтровывают и сушат при 60°С в вакууме в течение 24 ч; ' ■
2) хитозан (0.05 г) растворяют в 10 мл смеси дихлоруксусной кислоты и воды ([Н+]=0.25 г/л);
3) один грамм окиси алюминия, обработанной щелочью, суспендируют в растворе хитозана в течение 1 ч. Продукт отфильтровывают и промывают три раза 10 мл дистиллированной воды, затем сушат в вакууме при 60°С в течение 24 ч.
Таким образом синтезировали катализатор АХ (у-А120з - хитозан).
Синтез окиси алюминия, покрытой двумя слоями ПЭ (полианионитом - ПСС и поликатионитом — хитозаном), происходит по следующей методике:
1) к 1 г окиси алюминия добавляют 10 мл раствора ПСС в виде натриевой соли концентрацией 0.5, 1 или 5 г/л и перемешивают в течение 1 ч. Полученную суспензию отфильтровывают, промывают три раза 10 мл дистиллированной воды и сушат в вакууме при 60°С в течение 24 ч;
2) Окись алюминия, покрытую ПСС, помещают в 10 мл раствора хитозана концентрацией 0.5, 1 или 5 г/л и перемешивают в течение 1 ч. Продукт отфильтровывают и промывают три раза 10 мл дистиллированной воды, затем сушат при 60°С в вакууме в течение 24 ч.