Кинетика и механизм каталитического окисления углерода в присутствии медно-молибдатных систем

• Автор: Чигрин, Павел Геннадьевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ САЖИ.

1.1. Методы снижения эмиссии дизельной сажи

1.1.1. Строение и формирование частиц дизельной сажи.

1.1.2. Введение в топливо модифицирующих присадок

1.1.3. Улавливание и дожиг сажевых выхлопов

1.2. Катализаторы окисления дизельной сажи.

1.3. Способы приготовления катализаторов.

1.3.1. Способы приготовления массивных катализаторов.

1.3.2. Способы получения нанесенных катализаторов

1.4. Механизм каталитического действия оксидных катализаторов в реакции
окисления сажи.
1.5 Теоретические подходы к изучению гетерогенных процессов
1.5.1. Исследование кинетики и механизма гетерогенных реакций
1.5.2. Описание основных механизмов гетерогенных реакций.
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.
2.1. Характеристики исходных реагентов.
2.2. Методы синтеза массивных каталитических систем
2.3. Методы приготовления нанесенных катализаторов.
2.4. Методы исследования состава, структуры и морфологии каталитических систем и окисления сажи в их присутствии.
2.5. Методика изучения активности катализаторов и механизма их
каталитического действия.
Глава 3. КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕДНОМОЛИЬДАТНЫХ СИСТЕМ.
3.1. Синтез медномолибдатных систем экстракционнопиролитическим методом
3.2. Каталитические свойства медномолибдатных систем
3.2.1. Влияние экспериментальных условий на характеристики процесса горения сажи.
3.2.2. Активность катализаторов по данным ДСКТГ измерений.
3.2.3. Оценка влияния контакта сажи с катализатором на характеристики каталитического процесса.
3.2.4. Устойчивость молибдата меди к воздействию БОг.
ГЛАВА 4. КИНЕТИКА И МЕХАНИЗМ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ СиМо ПРИ ОКИСЛЕНИИИ САЖИ.
4.1. Механизм окисления сажи в присутствии СМ0О4.
4.1.1. Термопрограммируемое восстановление СиМо
4.1.2. Термопрограммируемое окисление молибдатных фаз
4.1.3. Состав и структура СиМо на различных стадиях горения сажи
4.2. Кинетический анализ отдельных стадий процесса каталитического горения сажи.
4.2.1. Кинетический анализ восстановления СиМо углеродом.
4.2.2. Кинетический анализ окисления смеси молибдатов Си6Мо и Си4Мо
4.2.4. Кинетический анализ окисления молибдата Сщ.хМозО.
4.2.5. Кинетика стадии каталитического горения сажи
4.3. Макрокинетическое уравнение суммарного каталитического процесса. Глава 5. ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЛИБДАТА МЕДИ.
5.1. Иромотирование СиМо добавками металлов.
5.1.1. Структура СМ0О4, промотированного ионами , Ыг, Со2
5.1.2. Каталитические свойства СиМо, промотированного ионами ,
2, Со2.II
5.1.3. Макрокинетика горения сажи в присутствии 1
5.2. Формирование каталитических композиций СиМоО, БЮзТЮгТ
5.2.1. Структура композиций СиМоОБЮгТЮгЛЗ.
5.2.2. Каталитическая активность композиций СиМоОфЮгТЮгТ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Каталитическая способность молибдатов меди может быть обусловлена различными позициями процессами восстановления и окисления на поверхности катализатора, миграцией частиц активного кислорода от поверхности катализатора на углеродный субстрат при образовании и разрушении поверхностных кислородных комплексов, перераспределении лэлектронов при контакте катализатора с частицами сажи. Детальное исследование стадийности процесса каталитического окисления углерода, кинетических закономерностей протекающих окислительновосстановительных реакций и факторов, определяющих их скорость, позволит осуществить реализацию современных подходов к направленному модифицированию окислительных свойств медномолибдатных систем. Целью работы является выявление кинетических закономерностей и механизма каталитического действия медномолибдатных систем в реакции окисления углерода, а также способов повышения их активности. СиМо на процесс каталитического горения сажи, обусловленное снижением энергии активации реакции восстановления молибдата меди сажей от 7 до 1 кДжУмоль. Условия получения ЭП методом массивных медномолибдатных катализаторов и композиций СиМоСУЗЮгТЮгТ для каталитическою дожита дизельной сажи. Стадийный механизм каталитического действия СиМо в процессе окисления углерода, включающий последовательность протекания реакций восстановления СиМо, окисления восстановленных фаз и каталитического горения углерода. Результаты кинетического анализа отдельных стадий процесса каталитического горения сажи восстановления СиМо, окисления восстановленных фаз, каталитического горения сажи и макрокинетическое уравнение, описывающее суммарный каталитический процесс. Закономерности влияния промотирующих добавок в составе фазы СиМо и структурных характеристик медномолибдатного слоя в композициях СиМоОСЬТЮдЛП на их каталитическую активность к окислению сажи. Практическая значимость работы. Показана эффективность применения экстракционнопиролитического метода для получения медномолибдатных катализаторов дожига дизельной сажи и формирования композиций СиМоСУБЮгТЮгП каталитических покрытий конструкций сажевых фильтров. Результаты настоящей работы полезны при разработке эффективных катализаторов очистки дизельных выхлопов от сажи и монооксида углерода, а также при создании оптимальных условий их функционирования. Соответствие паспорту научной специальности. Связь реакционной способности реагентов с их строением и условиями осуществления химической реакции, Физикохимические основы химической технологии. Достоверность полученных результатов обеспечена применением аттестованных измерительных приборов и апробированных методик измерения, использованием взаимодополняющих методов исследования, соблюдением принципов комплексного подхода при анализе и интерпретации экспериментальных данных, повторяемостью результатов, применением статистических методов оценки погрешностей и обработки данных эксперимента. Апробация работы. Результаты работы были представлены и доложены на Всероссийской научнотехнической конференции Приоритетные направления развития науки и технологии МоскваТула, Всероссийской научнопрактической конференции олзуновские гранты Барнаул, Ii ii iii i . Ii , , . Ii X ii i v, XII Краевом конкурсе молодых ученых Хабаровск, Международной научнотехнической конференции Современное материаловедение и нанотехнологии КомсомольскнаАмуре, i i Ii ii i v, . Публикации. По материалам диссертации оформлено работ, из них 5 статей в рецензируемых журналах, 7 тезисов конференций и 1 глава в монографии и получен патент. Личный вклад автора. Диссертационная работа выполнена под научным руководством к. Н.В. Соискатель выполнил анализ литературных данных по теме исследования, провл основную часть экспериментов, участвовал в обсуждении полученных результатов и написании публикаций. Часть экспериментальных исследований проведена при участии сотрудников Института материаловедения ХНЦ ДВО РАН и Института химии ДВО РАН. Структура и объем работы. Диссертация изложена на 7 страницах, содержит рисунка и таблиц. Работа состоит из введения, литературного обзора гл.