Синтез и исследование ураноксидных катализаторов

• Автор: Лазарева, Светлана Валерьевна
• Шифр специальности: 05.17.02, 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 188 с. : ил.

Введение

Глава 1. Литерату рный обзор.

1.1. Особенности физикохимии оксидов урана.

1.2. Способы приготовления ураноксидных катализаторов и исследование их физикохимических свойств.

1.2.1. Массивные ураноксидные катализаторы.

а. Методы осаждения и термического разложения солей

б. Зольгель метод.

в. Метод электролитического осаждения

г. Метод гидротермального синтеза

1.2.2. Нанесенные ураноксидные катализаторы

1.2.3. Ураноксидные катализаторы сложного состава

а. Катализаторы, приготовленные методом пропитки.
б. Катализаторы, приготовленные методом смешения.
1.2.4. Использование и8 в качестве носителя катализаторов
1.3. Исследование каталитических свойств ураноксидных катализаторов и их применение в различных процессах
1.3.1. Реакции органического синтеза.
1.3.2. Получение синтезгаза на никельурановых катализаторах
1.3.3. Получение углеводородов из синтезгаза процесс Фишера Тропша
1.3.4. Процессы парциального окисления на ураноксидных катализаторах.
а. Окислительный аммонолиз.
б. Парциальное окисление спиртов.
в. Парциальное окисление толуола на ВьИ катализаторах
г. Получение альдегидов
д. Парциальное окисление метана до метанола
1.3.5. Процессы гидрокрекинга.
1.3.6. Процессы гидроочистки на ураноксидных катализаторах
1.3.7. Каталитическое окисление СО и селективное восстановление
1.3.8. Глубокое окисление углеводородов, в том числе хлорсодержащих.
1.4. Вопросы радиационной безопасности, связанной с разработкой и применением ураноксидных катализаторов
1.5. Заключение по литературному обзору и постановка задачи.
1 лава 2. Экспериментальная часть.
2.1. Методики приготовления катализаторов.
2.1.1. Приготовление массивных ураноксидных катализаторов.
2.1.2. Приготовление нанеснных однокомпонентных ураноксидных катализаторов.
а. Приготовление пропиточных катализаторов с использованием разных носителей.
б. Приготовление пропиточных катализаторов с использованием разных предшественников
в. Приготовление катализаторов, содержащих оксиды урана и алюминия разными способами.
2.1.3. Приготовление ураноксидных катализаторов, содержащих оксиды переходных металлов.
а. Серия катализаторов, содержащих оксиды Сг, Мп и Со
б. Серия катализаторов, содержащих оксиды
2.2. Методики физикохимических исследований .
2.2.1. Определение удельной поверхности катализаторов.
2.2.2. Исследование фазового состава катализаторов
2.2.3. Исследование морфологии катализаторов методами электронной микроскопии.
2.2.4. Температурнопрограммируемое восстановление катализаторов водородом
2.2.5. Исследование катализаторов методом ИКспектроскопии.
2.2.6. Определение валентного состояния урана в составе активного компонента катализаторов.
2.3. Аппаратура и методики проведения каталитических и кинетических экспериментов
2.3.1. Исследование каталитической активности в реакциях полного окисления метана и бутана
2.3.2. Исследование каталитической активности в реакции окисления хлорбензола
2.3.3. Исследование каталитической активности в реакциях паровой и углекислотной конверсии метана.
2.3.3. Исследование каталитической активности в реакции парциального
окисления метана.
Глава 3. Влияние способа приготовления массивных оксидов урана на физикохимические и каталитические свойства
3.1. Исследование физикохимических свойств массивных оксидов урана.
3.2. Каталитическая активность массивных оксидов урана в реакции полного окисления бутана.
Заключение по главе
Глава 4. Влияние способа приготовления на свойства нанеснных
ураноксидных катализаторов
4. 1. Влияние природы носителя на свойства и активность катализаторов
4.2. Влияние концентрации активного компонента урана на свойства нанеснных катализаторов
4.3. Влияние природы предшественников на свойства пропиточных катализаторов, содержащих 5 масс, урана
4.4. Влияние способа приготовления пропитка, механическое смешение, твердофазное смешение, соосаждение нанеснных катализаторов на физико химические и каталитические свойства.
4.5. Исследование изменения физикохимических и каталитических свойств пропиточного катализатора, содержащего 5 масс, урана, нанеснного на у I, в зависимости от температуры прокаливания
Заключение по главе
Глава 5. Исследование окисления хлорбензола на ураноксидных катализаторах, содержащих оксиды переходных
металлов , Мп, Со.
5.1. Исследование фазового состава и удельной поверхности
катализаторов
5.2. Исследование активности катализаторов в реакции 1 i водородом
5.3. Исследование каталитической активности в реакции окисления хлорбензола
5.4. Исследование адсорбции хлорбензола на поверхности катализаторов методом ИКспектроскопии.
Заключение по главе
Глава 6. Исследование каталитической активности никельурановых катализаторов в реакциях паровой, углекислотной конверсии и парциального окисления метана
6.1. Физикохимические свойства никельурановых катализаторов в зависимости от способа приготовления, содержания урана и температуры термообработки.
6.1.1. Фазовый состав и удельная поверхность никельурановых катализаторов
6.1.2. Температурнопрограммируемое восстановление водородом никельурановых катализаторов
6.2. Каталитическая активность никельурановых катализаторов в реакции паровой конверсии метана.
6.3. Каталитическая активность никельурановых катализаторов в реакции углекислотной конверсии метана.
6.4. Каталитическая активность никельурановых катализаторов в реакции парциального окисления метана
6.5. Физикохимические свойства отработанных никельурановых катализаторов
Заключение по главе
Основные результаты и выводы.
Список литературы


Процесс разложения полиуранатов аммония на воздухе и в инертной среде протекает в пять стадий 1 К удаление адсорбционной воды 2 К удаление части конституционной поды 3 К удаление остальной части конституционной воды и части аммиака 4 К образование Ю3 на воздухе, самовосстановление и образование и8 в инертной среде 5 3К образование и8 на воздухе и потеря кислорода при повышенных температурах с образованием и8. Процесс термического разложения в водороде происходит через тс же стадии, но последняя стадия восстановление и8 до 1Ю2 протекает через образование промежуточных фаз и. В литературе имеются указания о существовании следующих оксидов урана 1Ю3, и8, и5, ХОю, и7, и, и9, 1Ю2 и ИО 7. Из всех перечисленных соединений, в основном, три оксида 1Ю2, и8 и 1Ю3 имеют примеры использования в катализе. Диоксид урана 1Ю2 вещество темнокоричневого цвета с кристаллической структурой типа СаР2 1, 5. Это нестехиометрическое соединение может иметь состав от иО. Ю2. Плотность , гсм3. Диоксид урана может быть получен восстановлением триоксида или и8 водородом или оксидом углерода при температуре С. Порошок 1Ю2 строго стехиометрического состава Ои 2. Обычно получают оксид с той или иной степенью отклонения от стехиометрии. Устойчивость порошка диоксида урана к окислению определяется предысторией его получения . В присутствии кислорода и способен растворять его в себе с сохранением кубической структуры, образуя фазу 1Ю2Х, где х зависит от температуры. Диоксид урана не реагирует с водой и ее парами до 0С, не растворим в соляной кислоте, но растворим в азотной кислоте, царской водке и смеси ОТЮ3 и ОТ. При
растворении в азотной кислоте происходит образование уранилионов 1Ю2 Известен один кристаллогидрат диоксида урана X2 черный осадок, выпадающий при гидролизе растворов урана. Октаоксид триурана нестехиометрическое соединение, имеющее несколько модификаций в зависимости от условий приготовления 1, 6. К настоящему времени установлено, что имеет три кристаллические модификации. Наиболее изученной является изО. Цвет вещества от зеленого до оливковозелного и чрного. Плотность 8, гсм3. Октаоксид триурана образуется при окислении на воздухе диоксида урана и при прокаливании на воздухе при С любого оксида урана, гидрата оксида или соли урана и летучего основания или кислоты. Оксид рассматривают иногда как X2. Однако, доказано, что все атомы урана в и8 структурно эквивалентны и несут равный положительный заряд. Октаоксид триурана не растворим в воде и разбавленных кислотах, но медленно растворяется в концентрированных минеральных кислотах с образованием смеси солей урана и уранила. В НС1 и 2 образуется смесь урана в степенях окисления 4 и 6, а в 3 только уранилион. При неполном растворении в серной кислоте образуется оксид , который не получается при восстановлении оксидов урана водородом при нагревании. Окгаоксид триурана имеет гидрат x, который не кристаллизуется и очень легко окисляется до гидрата триоксида урана. Триоксид урана 3 оранжевожелтый порошок, существующий в одной аморфной и пяти кристаллических формах, плотностью 5, 7, гсм3 7. Он термодинамически устойчив на воздухе до температуры 0С. Триоксид урана получают окислением или кислородом при давлении 0 атм. С прокаливанием гидрата перекиси урана X2 прокаливанием уранилнитрата иК0з2х6Н или диураната аммония 7. Таблица 1. Оз ам. Оз 1 Прокалка и ам. Па и температуре К 2 Прокалка гидратированного, содержащего питратион, пероксида урана при 3К. Оз 1 Прокалка и8 в атмосфере кислорода при давлении 4 мПа и температуре К 2 Медленное нагревание полиураната аммония, содержащего нитратион, до 3К 3 Быстрое нагревание гексагидрата уранилнитрата до 3К. Шз 1 Термическое разложение 1Ю2Ы2х6Н на воздухе сначала медленным нагреванием до 3К, затем после гомогенизации до 3К 2 Прокалка а , Р , у модификаций и иам. МПа и температуре 3К. ЛШз Фаза существует при давлении МПа до К. Свойства триоксида урана во многом зависят от способа его получения. Методы получения и взаимозависимость между различными формами 1Юз показана в таблице 1. Обобщение некоторых свойств различных модификаций и приводится в таблице 1. Триоксид урана амфотерен с кислотами он образует соли у ранила, например, и4, со щелочами соли урановой кислоты, например, Ыа2и7. Известно несколько кристаллогидратов триоксида урана, которые можно рассматривать как кислоты.