Оформляете титульник

Лартон Артур Сергеевич (магистр 2 года)

Получение нового класса катализаторов на основе слоистых силикатов и железосодержащих кластеров.

Реферат и аннотация, пока не трогайте

Список сокращений

Содержание

Основная цель работы получить пилларные слоистые силикаты с максимальной удельной поверхностью

Содержание
Реферат……………………………………………………………………
Введение…………………………………………………………………..
1 Аналитический обзор………………………………………………......
1.1 Гетерогенный катализ………(освежить из книжек основные книжки Боресков «Катализ» и т.д. найти посвежее обзорные книжки)………………………………………..
1.1.1 Виды катализаторов (расписать для различных выборочно процессов какие катализаторы используются)………………………..
1.1.2 Носители катализаторов……………………………
1.1.3 Получение катализаторов………………………………………….
1.2 Слоистые алюмосиликаты…………………………………………
1.2.1 Структурные особенности слоистых силикатов ……………
1.2.2 Слоистые алюмосиликаты с лабильной структурой ……………
1.3 Соединения железа (можно расписать какие соединения или минералы железа используются в различных каталитических процессах нефтехимии и экологических тематиках (экология есть у вали в дипломе)
1.3.1 Наночастицы железа )в каких фазах встречаются и т.д.)
1.3.2 Железосодержащие кластеры (олиго и поликатионы железа)
1.4 Пилларные структуры ……………………
1.4.1 Пилларные слоистые силикаты…………..
1.4.2 Состав структура свойства пилларных слоистых силикатов……..
1.4.3 Обычные методы получения пилларных слоистых силикатов……
1.4.4 Концептуальные проблемы синтеза пилларных слоистых силикатов…….
1.4.5 Продвинутые методы получения пилларных слоистых силикатов……(у Леры и Вали есть сырой обзор по продвинутым методам пилларирования – вежливо пропросить его у них)…
1.5 Применение получаемых катализаторов………
1.5.1 Перспективы использования пилларных наносиликатов в экологических технологиях и технологиях нефтехимической отрасли……………(есть у Вали в дипломе по экологии нужно добавить по нефтехимии есть статья про крекинг и другие процессы нужно найти спросить вежливо у Шинкарева)……………………………
2 Выбор и направление исследования…………………………………..
3 Объекты и методы исследования……………………………………...
3.1 Объекты исследования………………………………………………
4 Результаты исследований и их обсуждение …………………………
Выводы……………………………………………………………………
Список использованных источников…………………………………...

Авторы работы [/////] разработали/получили новые катализаторы на основе …. для эффективного разложения ….. Данная технология позволяет с минимальными затратами получить эффективный продукт.

В работе [/////] описан новый метод получения/модификации природных цеолитов/силикатов механоактивацией/методом ботом-ап/ин ситу. Данный способ получения/модификации является перспективным для …..

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Гетерогенный катализ

Гетерогенный катализ – IUPAC

Гетерогенным называют катализ, при котором катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах. Процесс идет на границе раздела фаз. Обычно катализатор представляет собой твердое вещество, а реагенты находятся в газе или жидкости. Механизмы действия гетерогенных катализаторов включают в себя следующие основные стадии:

1) движение реагирующих веществ к поверхности катализатора;

2) адсорбцию реагентов поверхностью катализатора;

3) взаимодействие реагентов на поверхности;

4) десорбцию продуктов реакции с освобождением поверхности катализатора;

5) отвод продуктов реакции из реакционной зоны.

В зависимости от условий проведения процесса и его особенностей лимитирующей может оказаться любая из этих стадий [2].

Адсорбция может способствовать разрыхлению и поляризации определенных химических связей, активировать реагирующие молекулы, обеспечивая  на поверхности катализатора их благоприятную взаимную ориентацию в течение времени, необходимого для взаимодействия.

Активность гетерогенного катализатора зависит от величины и свойств его поверхности. Количество активных центров (участков, на которых обеспечиваются оптимальные условия реакции) определяется составом поверхностного слоя, способом приготовления катализатора и обработки его поверхности. Обычно применяют тонко измельченные порошки, пористые структуры с высокоразвитой поверхностью, в том числе пористые носители с нанесенным слоем катализатора [3].

Для классификации удобно выделять агрегатное состояние катализаторов и реагентов. По агрегатному состоянию катализаторы могут находиться в газообразном, жидком и твёрдом состоянии. Реагирующие вещества также могут находиться в газообразном, жидком и твёрдом состоянии. Если катализатор и реагенты находятся в одном и и том же агрегатном состоянии, то такие системы называют гомогенными и катализ называют гомогенно-каталитическим. Если катализатор и реагенты находятся в разных агрегатных состояниях, такие системы называют гетерогенными и катализ – гетерогенным. Из всех перечисленных агрегатных состояний катализаторов отдельно стоит рассказать про твёрдые катализаторы.

Твёрдые катализаторы можно разделить на следующие типы: изоляторы, полупроводники и проводники.

По строению решетки их можно разделить на кристаллические и аморфные. По химической природе - органические, неорганические и органо-неорганические. На поверхности твёрдых катализаторов располагаются активные центры, которые различаются по энергии сорбции. По величине энергий сорбции катализаторы делят на энергетически однородные и неоднородные. Представление научных основ для объяснения структуры, состояния активных центров для всех типов твёрдых тел и механизма их каталитического действия должно основываться на объединении представлений различных научных дисциплин, включая использование положений химии, физики, физической химии, кристаллохимии, термодинамики, квантовой химии и химической кинетики и макрокинетики, коллоидной химии и других смежных дисциплин.

Твёрдые катализаторы в условиях гетерогенного катализа, отличаются рядом особенностей от гомогенизируемых катализаторов. Твёрдые катализаторы имеют собственный объём и поверхность. Объём твёрдого катализатора определяет такие физико-химические свойства, насыпная плотность, истинная плотность, текстура, которые, в свою очередь , зависят от полиэдрического строения решетки, её упаковки и природы.

Поверхность отражает способность твёрдых катализаторов осуществлять адсорбцию и хемосорбцию веществ на активных центрах, формирующихся на поверхности в процессе приготовления катализаторов и сорбентов. Активные центры для каталитического процесса определяют превращение органических и неорганических веществ. Твёрдые катализаторы также отличаются от гомогенизируемых катализаторов : они имеют кристаллическую или аморфную решетку , построенную из полиэдров, причем кристаллическая решетка может быть построена путем трансляций элементарных ячеек, а аморфная только с помощью трансляций произвольно ориентированных ансамблей полиэдров.

Для проведения каталитических процессов они могут быть использованы в форме сплошных тел ( металлы, сетки из благородных металлов) или в форме таблеток, шариков, микросфер, колец, звёздочек и частиц других форм, пронизанных порами.

Пористая структура частиц катализаторов при определенных условиях характеризует протекание процесса во внутридиффузионной области;

- на поверхности катализатор размещаются активные центры, однородные и неоднородные по энергетическому состоянию, а, следовательно, такие центры различаются по адсорционной и каталитической активности. В катализаторах гомогенного катализа все частицы проявляют одинаковую активность в каталитическом процессе;

- твёрдые катализаторы могут под воздействием реакционной среды или внешних условий менять структуру полиэдров, а следовательно меняется их адсорционная и каталитическая активность. Катализаторы гомогенного катализа не меняют свой состав.

Особенности протекания гетерогенных каталитических процессов

В промышленности и технике более широкое распространение получили гетерогенные каталитические процессы. Гетерогенные каталитические процессы могут выгодно отличаться от гомогенных каталитических процессов более простыми методами отделения катализаторов от реакционной смеси, возможностью регулировать скорость процесса изменением состава и структуры активных центров и другими положительными свойствами. С учётом свойств твёрдых катализаторов создаётся структура реакционного устройства на промышленных установках.

Система Т-Т. Каталитические системы Т-Т представляют собою смесь двух или более твёрдых тел, одни из которых являются реагентами, а другие катализаторами. В качестве реагентов могут выступать такие твёрдые соединения как KMnO4, KCLO2, HgO, Ag2O. Катализаторами ускоряющими процесс разложения этих соединений , являются такие оксиды как MnO2,Co3O4,Fe2O3, а также Hg. Эти оксиды являются зародышами для разложения сложных твёрдых соединений. От которых радиально развиваются процессы превращения указанных выше солей и оксидов с выделением газообразных и твёрдых продуктов. Процессы с участием твёрдых реагентов называют топохимическими.

Система Г-Т. В этой системе катализатор находится в газовой фазе, как, например, HF,BF3,HBr. В присутствии таких катализаторов могут проводиться процессы изомеризации твёрдых парафинов изопарафины, процессы гидрохлорирования твёрдых олефинов, прививка спиртов к твёрдым парафинам.

Система Т-Г . Это наиболее широко распространенная каталитическая система в промышленности и лабораторных условиях. Твёрдые катализаторы используют в форме металлов и их сплавов, оксидов, сульфидов и других соединений. Наиболее широко в промышленности эти системы применяются в таких процессах, как крекинг нефтяных фракций в присутствии цеолиталюмосиликатов , окисление этилена в оксид этилена на серебряном катализаторе и многие другие. Твёрдые катализаторы применяют в форме шариков, таблеток, микросфер, колец Рашита и других формах. Это важно с точки зрения благоприятного оформления слоёв катализатора в реакторах и с точки зрения отделения реакционной смеси от катализатора.

[И.М. Колесников /Катализ и производство катализаторов.- М.: Издательство «Техника», ТУМА ГРУПП, 2004.-400с. 31-33]

1.1.1 Получение катализаторов

Методы приготовления катализаторов для различных процессов весьма разнообразны, однако наиболее употребительные можно разделить на следующие группы [4]:

1) включающее стадии гелеобразование и осаждения;

2) основанные на нанесении активного компонента на носитель;

3) основанные на смешении исходных веществ.

1) Получение основного компонента катализатора осаждением гидроксидов.

При увеличении рН среды добавлением к раствору соли осадителя первой стадией процесса обычно является образование гидроксида, содержащего основные или кислые соли. Продукты гидролиза подвергаются быстрой полимеризации и конденсации с образование относительно устойчивых полимолекул, которые можно рассматривать как первичные элементы осадка. По способности к кристаллизации гидроксиды можно разбить на три группы. К первой группе относятся аморфные, практически не кристаллизующиеся гидроксиды, типичным представителем которых является силикагель. Гидроксиды магния, кадмия и двухвалентного олова, образующие вторую группу, кристаллизуются настолько быстро, что аморфную фазу удается наблюдать лишь в особых условиях. В третью группу входят гидроксиды титана, циркония, железа, меди и алюминия, а также гидратированные оксиды пятивалентной сурьмы и четырехвалентного олова.

Рассмотрим подробнее процесс укрупнения на примере формирования структуры силикагеля. Первичные частицы золя размером около 4 нм обычно защищены ионно-сольватной оболочкой, препятствующей их слиянию в более крупные. Для образования концентрированного и стабильного золя достаточно наличия 1-4 ионов натрия на 1,0 нм² поверхности первичных глобул. Защитное действие ионно-сольватной оболочки продолжается до конечной стадии сушки геля, когда в результате испарения воды под действием капиллярных сил происходит принудительное сближение глобул. Следует отметить двойственное влияние ионов натрия на поверхность силикагеля. В начальной стадии он повышает защитное действие гидратной оболочки и предотвращает слияние первичных глобул, в условиях же сушки после разрушения гидратных оболочек повышает растворимость кремниевой кислоты и ускоряет рост размеров глобул в результате их слияния.

Рисунок 1.1 - Схема кристаллизации гидроксида железа

Методы осаждения позволяют в широких пределах варьировать пористую структуру и внутреннюю поверхность получаемых катализаторов и носителей (Рисунок 1.2).. В технологическом отношении они обладают, однако, серьезными недостатками, заключающимися в значительном расходе реактивов, большом количестве сточных вод.

а	б
в	г
д	е

Рисунок 1.2 - Схема формирования структуры силикагеля при сушке
а,б - I стадия, в,г - II стадия, д,е - III стадия

Поэтому для катализаторов и носителей, производимых в количестве нескольких тонн в год, целесообразно искать другие пути диспергирования - термические, механические или путем осуществления химических превращений в твердой фазе. Примером последнего может служить способ получения активного оксида алюминия.