Ви є тут

Вплив нанорозмірного фактора на каталітичні властивості складних оксидних систем в реакції глибокого окислення метану.

Автор: 
Канцерова Марина Рашидівна
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2005
Артикул:
0405U002718
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РАЗДЕЛ 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Объектом исследования данной работы являются катализаторы экзотермической реакции глубокого окисления метана (?H298 = -802,7 кДж/моль):

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О
Глубокое каталитическое окисление метана кислородом воздуха осуществляли путем пропускания метан - воздушных смесей (метан:воздух=1:100) через слой катализатора. Эксперименты проводили в проточной установке при атмосферном давлении. Схема установки представлена на рис.2.1.
2.1. Исходные компоненты газовых реакционных смесей
Метан. Использовали природный газ из баллона: метан - 95%, остальное - углеводороды С2-С4.
Воздух. Использовали атмосферный воздух из баллона (кислород - 20,9%, азот - 78,16%).
Гелий. Использовали гелий из баллона (гелий газоподобный очищенный марки В, Не - 99,99%).
2.2. Методика исследования каталитических свойств синтезированных систем
Каталитическую активность синтезированных образцов в реакции глубокого окисления метана характеризовали конверсией СН4 в СО2 и скоростью реакции [мл/м2·мин.-1], которую определяли в проточном кварцевом реакторе при атмосферном давлении и объемной скорости газовой смеси 6000 ч-1, содержащей

Рис.2.1 Схема установки глубокого окисления метана:
1 - баллон с рабочей смесью (1% СН4 в воздухе), 2 - кран тонкой регулировки для подачи газовой смеси, 3 - реометр, 4 - кварцевый реактор, 5 - трубчатая кварцевая печь, 6 - хромель - алюмелевая термопара, 7 - шестиходовый кран, 8 - хроматограф марки ЛХМ-8МД (катарометр).
1% СН4 в воздухе, а также температурой достижения определенной конверсии метана (Т10%, Т50%, Т80%, Т100%). Анализ исходных веществ и продуктов реакции (СН4, О2, СО2, СО) осуществляли хроматографически (ЛХМ 8МД), детектор по теплопроводности (ток детектора - 120мА). Разделение и определение СН4, О2, СО2, СО проводили на колонке длиной 2м, заполненной носителем СКН-90, фракция 0,2-1 мм. Скорость газа-носителя 30 мл/мин., температура колонки 100оС. Степень превращения метана рассчитывали по формуле:
Хсн4 = (Ссн4о - Ссн4)/ Ссн4о 100%,
где Ссн4о - начальная концентрация метана, Ссн4 - концентрация метана на выходе из реактора.
2.3. Исследование синтезированных катализаторов физико - химическими методами
Физико - химические методы применялись для охарактеризования синтезированные катализаторов: величина удельной поверхности и пористая структура, redox- и кислотне свойства.
2.3.1. Определение удельной поверхности и пористой структуры катализаторов
Одной из характеристик дисперсности катализаторов является величина их удельной поверхности (Sуд.), которую определяли по тепловой десорбции аргона с хроматографическим контролем. Состав рабочей смеси: 5%Ar + 95%He. Предварительно образцы прогревались при температуре 300оС в потоке рабочей смеси для удаления адсорбированных веществ. Как адсорбенты сравнения использовались образцы Al2O3 с удельной поверхностью 1,3; 26 и 105 м2/г.
Пористую структуру образцов характеризовали по результатам ад(де)сорбции метанола на весовой установке, снабженной кварцевыми пружинными весами Мак-Бена-Бакра. Образцы предварительно термовакуумировались (P~10-2 мм рт.ст.) при температуре 330оС. Общий объем пор оценивали по изотерме адсорбции при P/Ps =0,98, допуская, что поры заполнены конденсированным жидким адсорбтивом.
2.3.2. Исследование окислительно-восстановительных свойств катализаторов методом температурно-программированного восстановления (ТПВ)
Каталитическая активность оксидных катализаторов в реакциях глубокого окисления определяется энергией связи кислорода с поверхностью катализатора, при этом относительной характеристикой прочности связи кислород-катализатор служит начальная скорость восстановления оксидов водородом ("восстанавливаемость"), определяемая методом ТПВ.
Исследования образцов проводили в интервале температур 20 - 900оС со скоростью подъема температуры 100/мин в проточной установке, оснащенной низкотемпературной ловушкой с молекулярными ситами (-20 0С) для удаления воды, Cu- и Pt- печами для очистки газовой смеси от кислорода, с хроматографическим контролем (детектор по теплопроводности) количества водорода, израсходованного на восстановление катализатора. Скорость потока 10% смеси Н2 в Ar составляла 50 см3/мин. Предварительно катализаторы прогревали в потоке аргона (V = 30 см3/мин) при температуре 250оС в течение 1 ч. Схема установки ТПВ приведена на рис. 2.2.

2.3.3. Исследование кислотных свойств катализаторов методом термопрограммированной десорбции аммиака (ТПДА) и ИК-спектроскопии
Изучение кислотных свойств поверхности отдельных образцов синтезированных катализаторов проводили методами ТПДА и ИК - спектроскопии. Методика исследования подробно описана в [271].
ТПДА. Образцы катализаторов зернением 1-2 мм в количестве 0,2 г загружали в проточный реактор (d = 0,6 см) и тренировали в потоке гелия (V = 60 мл/мин) в течение 1 ч при температуре 550оС. После снижения температуры до 100оС образец насыщали аммиаком. Полноту насыщения контролировали

Рис.2.2 Схема установки ТПВ:
1 - балон с аргоном, 2, 10 - реометр, 3 - Cu-печь, 4, 15 - низкотемпературная ловушка, 5, 8, 14 - трех-ходовый кран, 7 - трубчатая печь, 9 - баллон со смесью, содержащей 10% Н2 в аргоне, 11 - Pt-печь, 12 - скрубер, заполненный молекулярными ситами CaA, 13 - хроматограф марки ЛХМ-7А (катарометр).
титрованием аммиака на выходе из реактора. Насыщенный образец продували гелием при 100оС для удаления физически адсорбированного аммиака (30 мин). Затем образец подвергали программированному нагреву в потоке гелия со скоростью 26 град./мин. Процесс термодесорбции контролировали с помощью катарометра, количество десорбированного аммиака определяли титрованием HCl.
Кривые термодесорбции характеризовали температурами максимумов пиков, площадью пиков, общей площадью под кривой десорбции аммиака, общей концентрацией кислотных центров (количеством адсорбир