- •«Тверской государственный технический университет»
- •Дипломная работа на тему: «магнитные катализаторы для конверсии углеводов в сырьё для производства биологически активных веществ»
- •Тверской государственный технический университет
- •Задание на дипломную работу
- •Содержание
- •Введение
- •1 Общая часть
- •1.1 Методы получения наночастиц магнетита
- •1.1.1 Гидролиз смеси хлоридов железа(II) и (III) (метод Массарта)
- •1.1.2 Синтез в обратных мицеллах
- •1.1.3 Термолиз металлсодержащих соединений
- •1.2 Применение магнитных нанокомпозитов в качестве сорбентов
- •1.2.1 Магнитные нанокомпозиты на основе летучей золы
- •1.2.2 Магнитные нанокомпозиты на основе хитина (хитозана)
- •1.3 Применение магнитных нанокомпозитов в медицине
- •1.3.1 Композит магнетит-бентонит в адресной доставке лекарств
- •1.4 Магнитные нанокомпозиты в гетерогенном катализе
- •1.4.1 Магнитные нанокатализаторы в реакциях гидрирования
- •1.4.2 Магнитные нанокатализаторы в реакциях окисления
- •1.4.3 Магнитные нанокатализаторы в реакциях этерификации
- •1.4.4 Магнитные нанокатализаторы в гидролизе целлюлозы
- •2 Специальная часть
- •2.1 Материалы и оборудование
- •2.1.1 Материалы
- •2.1.2 Оборудование
- •2.2 Методики синтеза магнитных нанокомпозитов
- •2.2.1 Методика 1 (прекурсор – железа (III) нитрат)
- •2.2.2 Методика 2 (прекурсор – железа (III) хлорид)
- •2.2.3 Модификация магнитных нанокомпозитов рутением
- •2.3 Методики исследования нанокомпозитов в катализе
- •2.3.1 Гидрирование мальтозы до мальтита
- •2.3.2 Гидрогенолиз целлюлозы до гликолей
- •2.3.3 Гидролитическое гидрирование инулина до маннита
- •2.4 Результаты и обсуждение
- •2.4.1 Физико-химические исследования композитов на основе siralox
- •2.4.2 Физико-химические исследования композитов на основе спс
- •2.4.3 Исследования нанокомпозитов в гетерогенном катализе
- •3 Безопасность и экологичность
- •3.1 Общие требования техники безопасности при работе в химической лаборатории
- •3.2 Требования пожарной безопасности при работе в химических лабораториях
- •3.2.1 Противопожарные требования к помещениям и оборудованию химических лабораторий
- •3.2.2 Противопожарные требования к содержанию территории химической лаборатории
- •3.2.3 Общие требования пожарной безопасности при работе в химической лаборатории
- •3.3 Требования электробезопасности при работе в химической лаборатории
- •3.4 Характеристики веществ, используемых в работе
- •4 Организационно-экономическая часть
- •4.1 Расчет материальных затрат
- •4.2 Расходы на оплату труда
- •4.3 Отчисления в социальные фонды
- •4.4 Амортизационные отчисления
- •4.5 Прочие расходы
- •4.6 Смета затрат на проведение исследования
- •Заключение
- •Список использованных источников
2.4.3 Исследования нанокомпозитов в гетерогенном катализе
Катализатор 3% Ru-Fe3O4/СПС MN270 исследовали в реакции гидрирования мальтозы до мальтита. В таблице 12 представлены значения конверсии мальтозы и селективности по мальтиту в зависимости от времени реакции. Для сравнения даны результаты по синтезированным ранее немагнитным катализатором 3% Ru/СПС MN270.
Таблица 12 – Конверсия и селективность катализаторов в реакции гидрирования мальтозы до мальтита
τ, мин |
3% Ru-Fe3O4/СПС MN270 |
3% Ru/СПС MN270 |
||
K, % |
S, % |
K, % |
S, % |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1,7 |
73,7 |
7,6 |
61,1 |
5 |
8,6 |
92,9 |
16,1 |
99,9 |
15 |
16,3 |
95,0 |
29 |
99,9 |
30 |
22,5 |
97,7 |
47,1 |
99,9 |
60 |
25,1 |
75,2 |
69,1 |
96,4 |
Оба катализатора показали превосходные значения селективности по мальтиту. После 30 минут реакции для обоих катализаторов наблюдалось снижение селективности по мальтиту, что вызвано образованием сорбита как побочного продукта реакции.
Наименьшие значения конверсии мальтозы показал магнитный катализатор. Очевидно, это вызвано значительным уменьшением его удельной поверхности наночастицами магнетита.
Результаты по гидролитическому гидрированию инулина представлены в таблице 13. Из данных таблицы видно, что значение селективности по манниту катализатора на основе СПС немного выше значения селективности синтезированного ранее в работе [51] катализатора 5 % Ru-Fe3O4/SiO2. Однако, с учетом меньшего содержания рутения в катализаторе на основе СПС, производительность 3% Ru-Fe3O4/СПС MN270 оказывается выше в 1,8 раза. Конверсия инулина для обоих катализаторов равна 100%.
Таблица 13 – Производительность и селективность по манниту для исследуемых катализаторов
Катализатор |
S, % |
Ak, масса маннита/масса Ru∙ч-1 |
5 % Ru-Fe3O4/SiO2 |
44,3 |
50,67 |
3% Ru-Fe3O4/СПС MN270 |
48,7 |
92,76 |
Результаты по гидрогенолизу целлюлозы представлены в таблице 14. Из данных таблицы видно, что значения селективности по гликолям для 3% Ru-Fe3O4/СПС MN270 приблизительно соответствуют значениям таковых для синтезированного ранее в работе [52] катализатора 5% Ru-Fe3O4/SiO2. Однако, с учетом меньшего содержания рутения в катализаторе на основе СПС, производительность катализатора 3% Ru-Fe3O4/СПС MN270 оказывается выше на 35% для ЭГ и на 20% для ПГ. Конверсия целлюлозы при этом также равна 100%.
Иная ситуация обстоит с 3% Ru-Fe3O4-SIRALOX 40/490, для которого селективность по гликолям оказалась невысокой и причины этого еще предстоит выяснить.
Таблица 14 – Производительность и селективность по гликолям для исследуемых катализаторов
Катализатор |
S, % |
Ak, масса гликоля/масса Ru∙ч-1 |
||
ЭГ |
ПГ |
ЭГ |
ПГ |
|
5 % Ru-Fe3O4/SiO2 |
22,6 |
20,0 |
39,12 |
34,62 |
3% Ru-Fe3O4/СПС MN270 |
19,1 |
20,9 |
25,29 |
27,72 |
3% Ru-Fe3O4-SIRALOX 40/490 |
2,2 |
5,6 |
– |
– |
Для исследования стабильности после реакции катализатор на основе СПС отделяли от реакционной смеси неодимовым магнитом и использовали в следующем цикле. Результаты исследований представлены в таблице 15. Во всех циклах повторного использования катализатора конверсия целлюлозы составила 100%, а селективность по гликолям и производительность катализатора практически не изменялись, что говорит о стабильности 3% RuFe3O4/СПС MN270 в гидротермальных условиях процесса.
Таблица 15 – Производительность и селективность по гликолям при повторных использованиях 3% Ru-Fe3O4/СПС MN270
Цикл |
S, % |
Ak, масса гликоля/масса Ru∙ч-1 |
||
ЭГ |
ПГ |
ЭГ |
ПГ |
|
1 |
22,6 |
20,0 |
39,12 |
34,62 |
2 |
22,3 |
19,7 |
38,60 |
34,10 |
3 |
22,5 |
19,6 |
38,95 |
33,93 |