Изучение адсорбционных свойств мезопористых силикагелей, допированных редкоземельными элементами и модифицированных наночастицами переходных металлов, и их каталитической активности в реакции гидрирования

Мезопористые силикагели (МС) находят широкое применение в катализе, молекулярной адсорбции и разделении. Широкую их применимость обеспечивают уникальные свойства этого материала, такие как: контролируемый размер пор, большой поровый объем и площадь поверхности. Кроме того, МС обладают высокой химической, термической и механической стабильностью, низкой токсичностью и каталитической инертностью. Проект посвящен разработке новых катализаторов селективного гидрирования ароматических углеводородов, лежащих в основе новых эффективных технологий нефтехимии и нефтепереработки, обеспечивающих высокий уровень экологической безопасности. Новые разрабатываемые катализаторы будут синтезированы на основе мезопористых силикагей, которые обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с применяемыми в настоящее время в промышленности носителями.Реакция гидрирования бензола и его производных является одной из основных реакций нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, направленных, в частности, на повышение качества топлив, имеющих ограничения по содержанию ароматических соединений. В промышленности процессы гидрирования осуществляют в жестких условиях (высокие температура и давление водорода). Имеющийся научный задел по данной тематике позволяет ожидать, что полученные катализаторы на основе мезопористого силикагеля, допированного редкоземельными элементами и модифицированного переходными металлами, в сравнении с уже имеющимися и используемыми в промышленности катализаторами гидрирования будут обладать рядом преимуществ: низкие давление и температура эксперимента, высокая конверсия и возобновляемость катализатора. Разработаны методики темплатного синтеза мезопористых кремнеземов, допированных редкоземельными элементами и модифицированных переходными металлами (Dy-Ag/MC, La-Ni/MC и La-Ag/MC). Морфология поверхности и текстурные характеристики полученных образцов изучены методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), рентгенофлуоресцентный анализа (РФА), рентгенодифракционного анализа (XRD). Адсорбционные свойства образцов изучены методом обращенной газовой хроматографии: рассчитаны константы Генри, теплоты и энтропии адсорбции для тестовых органических соединений, склонных к различным типам межмолекулярных взаимодействий. Изучены термодинамические компенсационные зависимости процесса адсорбции, показано, что определяющим параметром является энтропия. С применением оригинальной установки изучены каталитическая активность и селективность полученных катализаторов в реакциях гидрирования м-, п-, и о-ксилолов в температурном интервале 130 - 170°С и давлении 3 атм, показано что природа допанта и модификатора оказывают влияние на каталитические свойства мезопористого силикагеля. Определены энергии активации и энтропии образования активированных комплексов для процессов гидрирования бензола и его производных на катализаторах Dy-Ag/MC, La-Ag/MC. Изучена селективность образца Dy-Ag/MC. Установлено, что катализатор проявляет селективность к п-ксилолу. Научно-технический уровень проведенных исследований высок, так как результаты получены с использованием современных физико-химических методов исследования.Актуальность работы связана с развитием фундаментальных представлений о свойствах наноструктур, об их адсорбционной и каталитической активности, о свойствах ранее неизученных материалов на основе МС, допированных редкоземельными элементами и модифицированных наночастицами переходных металлов. Актуальность исследования определяется также потребностью совершенствования и модернизации технологических процессов нефтеперерабатывающих, нефтехимических, химических предприятий, связанных с очисткой нефтяных фракций от ацетиленовых и олефиновых углеводородов, получением синтетических полимеров, в частности, капролактама. Научная новизна исследований заключается в том, что будут получены фундаментальные знания о каталитической активности новых материалов на основе МС, определены физико-химические и термодинамические особенности образования активированных комплексов при гидрировании на этих катализаторах ароматических углеводородов. На основе полученных данных будет предложен механизм гидрирования на синтезированных катализаторах исследуемых углеводородов, найдены оптимальные условия синтеза МС с заданными морфологическими и текстурными характеристиками поверхности, влияние на каталитическую активность встроенных в сетку мезопористого силикагеля редкоземельных элементов и модифицирования переходными металлами.