Структурные аспекты активации оксидных алюмокобальтовых и алюмомарганцевых катализаторов

• Автор: Булавченко, Ольга Александровна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Исследование процессов активации оксидных катализаторов с использованием i i рентгенографии

1.2 Кобальтовые катализаторы для синтеза ФншераТропша

1.2.1 Синтез ФишсраТропша СФТ

1.2.2 Катализаторы, используемые в СФТ

1.2.3 Механизм СФТ на кобальтовых катализаторах.

1.2.4 Исследование процесса восстановления нанесенных катализаторов

1.2.5 Исследование процесса восстановления массивных монофазных образцов оксида кобальта

1.2.6 Влияние носителя на процесс восстановления

1.2.7 Роль паров воды в процессе восстановления.

1.2.8 Влияние промоторов и модифицирующих добавок на процесс восстановления.
1.2.9 Заключение к обзору литературы по кобальтовым катализаторам
1.3 Алюмомарганцевые катализаторы глубокого окисления.
1.3.1 Глубокое окисление углеводородов
1.3.2 Система МпА.
1.3.3 Эффект термоактивации.
1.3.4 Заключение к обзору литературы по алюмомарганцевым катализаторам глубокого окисления
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Рентгеновская дифракция.
2.1.1 Экспериментальные установки.
2.1.2 Уточнение структурных параметров
2.1.3 Определение параметров микроструктуры.
2.1.4 Моделирование рентгеновских дифракционных картин для одномерно разупорядоченных структур
2.1.5 Определение состава твердого раствора по параметру решетки
2.2 Дополнительные методы исследования
ГЛАВА 3. СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДА КОБАТЬТА Со
3.1 Приготовление образцов.
3.2 Исследование исходных образцов Со4.
3.2.1 Реттенофазовый анализ
3.2.2 Микроструктурный анализ
3.2.3 Рентгеноструктурный анализ.
3.2.4 Термогравиметрический анализ.
3.2.5 Эффект поверхности.
3.2.6 Инфракрасная ИК спектроскопия
3.2.7 Электронная микроскопия
3.3 Изучение процесса восстановления.
3.3.1 Рентгеновское дифракционное исследование i i в токе 0 Н2
3.3.2 Термогравиметрический анализ в токе водорода.
3.3.3 Температурнопрограммируемое восстановление
3.3.4 Рентгеновское дифракционное исследование i i в атмосфере 6 Н2 Нс.
3.3.5 Рентгенографические i i исследования в атмосфере 0 Н2 при варьировании скорости потока.
3.3.6 Дифференцирующее растворение.
3.4 Исследование образцов Со4, допированных ионами алюминия
3.4.1 Метод приготовления
3.4.2 Рентгенофазовый анализ.
3.4.3 Температурнопрограммируемое восстановление
3.4.5 Рентгеновское дифракционное i i исследование восстановления
твердых растворов Со3.хЛ1х в токе 0 Н
3.4.6 Рентгеновский микроанализ X
3.5 Реальная структура частиц металлического кобальта.
3.5.1 Дефекты в металлических частицах, полученных восстановлением
массивных образцов Со4.
3.5.2 Дефекты в металлических частицах, полученных восстановлением
нанесенных образцов Со
3.5.3 Дефекты в металлических частицах, полученных восстановлением
твердых растворов Со3хА1х.
3.6 Заключение к главе 3.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ОКСИДНЫХ АЛЮМОМАРГАНЦЕВЫХ СИСТЕМАХ.
4.1 Приготовление образцов
4.2 Структура исходных образцов и их поведение при нагреве на воздухе
4.3 Поведение образца с соотношением МпА1 в условиях низкого парциального давления кислорода.
4.4 Уточнение кристаллической структуры алюмомарганцевой шпинели
4.5 Данные о микроструктуре синтезированного образца 1
4.6 Поведение шпинели 1 при нагреве и охлаждении в средах с различным парциальным давлением кислорода
4.6.1 Охлаждение в вакууме .
4.6.2 Ступенчатый нагрев и охлаждение на воздухе.
4.6.3 Фазовый состав образцов в области расслоения твердого раствора
4.6.4 Фазовые превращения, происходящие на начальных стадиях расслоения при охлаждении.
4.6.5 Термогравиметрический ТГ анализ при нагреве до С и охлаждении на воздухе.
4.7 Расслоение твердых растворов МпзхА1х для х.8 под действием температуры
4.8 Структурные механизмы расслоения
4.8.1 Изменение параметров решетки фаз при нагреве и охлаждении на воздухе
4.8.2 РФЭС исследования поверхности
4.8.3 Изменение микроструктуры образца при нагреве на воздухе
4.8.4 Изменение микроструктуры образца при охлаждении на воздухе
4.8.5 Схема превращений
4.8.6 Некоторые представления о механизмах расслоения твердых растворов Мп3.хА1х.
4.9 Заключение к главе 4.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Значительный рост числа публикаций относится к последним ти годам. Это связано с возрастающим интересом к такого рода исследованиям, особенно в применении к катализаторам, а также с улучшением техники эксперимента, в том числе, с появлением специальных высокотемпературных камер для работы в активных средах. В настоящее время наблюдается большой поток публикаций, касающихся использования рентгеновской дифракции i i к различным системам. В тоже время в России основные публикации связаны с работами, выполненными в ИК СО РАН, например , , . Эти работы активно проводились на протяжении всего периода. Были созданы оригинальные конструкции рентгеновских камер, накоплен опыт исследования гетерогенных катализаторов в условиях воздействия температуры и среды . Используя i i рентгенографию, получают информацию о фазовом составе катализаторов в реакционных условиях, кинетике кристаллизации массивных твердых тел н наночастиц, размере часгиц в зависимости от температурывремени, проводят определение кристаллических или аморфных интермедиатов в течение фазовых превращений. В литературе можно встретить различные примеры использований рентгенографии i i в применении к катализаторам активация водородом оксидных катализаторов, таких как гидросиликатов . СиЛЮ4 исследование фазовых превращений при окислениивосстановлении оксидных катализаторов, например, i. СО , , сульфидирование оксидных предшественников катализаторов гидрообессеривания С0М0О4, i и регенерация катализаторов определение реальной температуры активного компонента катализатора в условиях каталитической реакции, основанное па измерении зависимости параметров кристаллической решетки от температуры , ,. Для цели настоящей работы особый интерес представляет цикл исследований, посвященных восстановлению шпинельных структур до металлических частиц , , и работы, связанные с процессами присоединения и потери кислорода в оксидных системах как, например, . Современные методические возможности i iрентгенографии позволяют проводить дифракционный эксперимент в различных условиях. Можно варьировать температуру и среду воздух, вакуум, инертные газы, восстановительные среды. Увеличение точности эксперимента, в частности, использование параллельной геометрии съмки, позволяет получить прецизионные данные о параметрах элементарной ячейки, проводить уточнение кристаллических структур методом полнопрофильного анализа. Таким образом, используя i i рентгенографию можно получить ценную информацию о начальных стадиях и механизмах изменения структуры при восстановлении, о стабильности в различных условиях, меняя режимы термообработки катализаторов. Примерами таких работ являются работы Л. М.Плясовой и соавторов, в которых исследовались механизмы формирования активной фазы катализатора при восстановлении шпинелей . Основные задачи были связаны с изучением фазовых превращений, происходящих при активации катализатора водородом. Показано , что тетрагональная шпинель хромита меди при восстановлении водородом при С представляет собой двухфазную систему, состоящую из катионодефицитного по меди и стабилизированного водородом кубического хромита меди и эпитаксиально е ним связанных плоских частиц металлической меди со средним размером 0А. При реокислении 0. Ог в Не металлическая медь возвращается в структуру шпинели, вновь формируется тетрагонельная шпинель, которая содержи некоторое количество водорода в форме протонов, присоединенных к решеточному кислороду. Наряду с исследованием процесса восстановления хромита меди, изучался процесс восстановления другой шпинельной структуры алюмината меди. Показано , что в зависимости от температуры восстановления наблюдаются различные структурные механизмы выхода катионов и образования металлической меди. При температурах восстановления до 0С происходит выход катионов меди из тетраэдрических позиций шпинели, при температурах выше 0СС из октаэдрических позиций. При этом исходная шпинель становится катионодефицитной и наблюдается перераспределение ионов алюминия. При температуре восстановления 0С появляются дефекты в кислородной подрешетке.