Влияние плазмохимических обработок поверхности платиновых, медно-платиновых и медных катализаторов на их каталитические и адсорбционные свойства
Диссертация
Ранее в нашей лаборатории наряду с изучением роли промотирующих добавок к никелю, родию, иридию, серебру, использовавшихся в виде пленок, массивных материалов, порошков и наночастиц на инертных носителях, исследовали влияние предварительной обработки этих катализаторов плазмой тлеющего разряда в кислороде и аргоне, а также безэлектродной высокочастотной плазмой в водороде (ВЧ-Н2). Указанные… Читать ещё >
Содержание
- I. Литературный обзор
- 1. 1. Свойства плазмы и её влияние на состояние поверхности катализаторов и адсорбентов
- 1. 1. 1. Плазма и её свойства
- 1. 1. 2. Плазма тлеющего разряда
- 1. 1. 3. Плазма высокочастотного разряда
- 1. 1. 4. Влияние плазмохимических обработок катализаторов на их активность
- 1. 2. Каталитическое превращение углеводородов на платиновых катализаторах
- 1. 3. Дегидрирование изопропанола на металлах
- 1. 4. Влияние модифинирующих добавок на адсорбционную способность и каталитическую активность металлов
- 1. 5. Исследование методом РФЭС состава поверхности катализаторов и адсорбентов
- 1. 6. Теоретические основы квантово-химических расчётов, выполненных в данной работе. Метод функционала плотности
- 1. 6. 1. Энергия как функционал матриц плотности
- 1. 6. 2. Теорема Хоэнберга-Кона
- 1. 6. 3. Методы, основанные на использовании функционалов плотности
- 1. 6. 4. Применение метода ВЗЬУР/Ьап12МВ в квантово-химическихрасчётах
- 1. 1. Свойства плазмы и её влияние на состояние поверхности катализаторов и адсорбентов
- 2. 1. Приготовление катализаторов
- 2. 2. Методика обработки катализатора в плазме тлеющего разряда в газах
- 2. 3. Обработка катализатора высокочастотной безэлектродной плазмой
- 2. 4. Методика проведения кинетических опытов в вакуумных условиях
- 2. 5. Методика каталитических опытов с использованием хроматографа
- 2. 6. Анализ образцов методами РФ, А и РФЭС
- 2. 7. Термообработка катализаторов
- 2. 8. Методика адсорбционных и десорбиионных опытов
- 2. 9. Методика квантовохимических расчетов
- 3. 1. Дегидрирование циклогексана на платиновых катализаторах 66 3.1.1 Результаты опытов в проточной системе с использованием хроматографического анализа
- 3. 1. 2. Кинетика дегидрирования циклогексана в статических условиях на катализаторах 0.64 мае. % Р^ЗЮ2 и 1.0 мае. % Р^Юг
- 3. 1. 3. Анализ состояния поверхности платиновых катализаторов методом РФЭС
- 3. 1. 4. Определение средних размеров частиц платины методом РФ, А 86 3.2 Дегидрирование циклогексана на медно-платиновых катализаторах
- 3. 2. 1. Опыты в проточной системе с использованием хроматографического анализа
- 3. 2. 2. Кинетика дегидрирования циклогексана в статических условиях на катализаторе [1.0 мае. % Ри0.15мас. %Cu]/S
- 3. 2. 3. Анализ состояния поверхности медно-платиновых катализаторов методом РФЭС
- 3. 2. 4. Анализ состояния частиц медноплатинового катализатора методом РФ А
- 4. 1. Определение энергии связи H-Pt
- 5. 1. Опыты в проточной системе
- 5. 2. Кинетика дегидрирования изопропанола на катализаторе Си 5%Macc./SiO
- 5. 3. Сопоставление структурных характеристик катализатора Си 5%Macc./SiOyU кинетических параметров реакции
- 5. 4. Результаты квантово-химических расчётов
- 6. 1. Изотермы адсорбции
- 6. 2. Оценка термодинамических характеристик адсорбции
- 6. 3. Модельное уравнение изотерм адсорбции
Список литературы
- Казанский H. JL, Колпаков В. А. //Исследование механизмов формирования низкотемпературной плазмы газовым разрядом высоковольтного типа//Компьютерная оптика, 2003, № 25, с. 112−116.
- Химия. Большой энциклопедический словарь/Гл. ред. И. Л. Кнунянц. -2-е изд. Большая Российская Энциклопедия, 1998, с. 445.
- Рыбкин В.В. Низкотемпературная плазма как инструмент модификации поверхности полимерных материал ов//Соросовский Образовательный Журнал, Т.6, № 3, 2000, с. 58−63.
- Черняев В.И. Физико-химические процессы в технологии РЭА// М.: Высшая школа, 1987, с. 376.
- Ивановский Г. Ф. Ионно-плазменная обработка материалов// М.: Радио и связь, 1986, с. 232.
- Колпаков А. И., Колпаков В. А., Кричевский C.B. Ионно-плазменная очистка поверхности контактов реле малой мощностиЮлектронная промышленность, 1996, № 5, с.41−44.
- Абдуллин Е.Ш., Абуталипова Л. Н., Махоткина Л. Ю. Влияние низкотемпературной неравновесной плазмы на водостойкость кожевенного полуфабриката// Текстильная химия, 1997, № 2(11), с.62−64.
- Мартыненко Ю.В. Взаимодействие плазмы с поверхностями.//ИТН.Сер. Физика плазмы.-ВИНИТИ.-1982.-т.З.-с.119.
- Пистунович В.И., Шаталов Т. Е. Термоядерный реактор на основе токамака.// ИНТ.Сер. Физика плазмы.-ВИНИТИ.-1981.-т.2.
- Плазмохимические реакции и процессы /Под.ред. Л. С. Полака. М.: Наука, 1977. с. 305.
- Ягодовская Т.В., Лунин В. В. Модифицирование поверхности цементов и цеолитных катализаторов тлеющим разрядом // Журн. Физ. Химии. 1997. т. 71, № 5, с. 775−779.
- Gavrilova Т.В., Nikitin Yu. S., Vlasenko E. V. et. al. Gas chromatographic investigation of silica supports modified in a high-frequency low-temperature plasma//J.Chromatogr. АД991.У.552. № 1−2. P. 179.
- Дадашова E.A., Ягодовская T.B., Лунин B.B., Плахотник В. А. Модифицирование катализатора Ре20з/ЦВМ синтеза Фишера-Тропша в тлеющем разряде кислорода и аргона.// Кинетика и катализ.-1991.-т.32.-№ 6.-с.1507.
- Еремин Е.Н. " Элементы газовой электрохимии " , М.: Изд-во МГУ, 1968. с. 210.
- Хворостовская Л.Э., Янковский В. А. О механизме образования озона в тлеющем разряде в молекулярном кислороде// Оптика и спектроскопия, 1974, Т. 37, с. 26
- П.Соколов В. Ф., Тимоненко И. Ю., Соколова А. Ю., Макаров М. А. Плазмотехнология -Киев: 1990.-с.35.
- Стадниченко А.И., Сорокин A.M., Воронин А. И. Исследование наноструктурированных пленок оксида меди СиО методами РФЭС, УФЭС И СТМ//Журнал структурной химии. 2008. Т. 49. № 2. С. 353−359.
- Пархоменко И. Д., Сорока П. И., Краснокутский Ю. И. и др. Плазмохимическая технология// Новосибирск: Наука.-1991 .-с.392.
- Райзер Ю.П. Физика газового разряда.// М.: Наука.- 1987.- с.590
- High Density Plasma Sources. Ed. Popov O.A. Park Ridge, NY, Noyes Publications, 1995.
- Сагбиев И.Р. Характеристики высокочастотного емкостного разряда пониженного давления в процессах обработки материалов//Вестник Казанского технологического университета. 2007. № 3−4. С. 289−293.
- Абдуллин И.Ш., Желтухин B.C., Кашапов Н. Ф. //Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях: теория и практика применения. Казань: Изд-во Казан, гос. ун-та, 2000, с. 348.
- Абдуллин И.Ш., Желтухин B.C. Применение ВЧ-плазмы пониженного давления для газонасыщения поверхности металлов Вестник Казанского технологического университета. 2003. № 1. С. 172−180.
- Желтухин B.C. и др. Взаимодействие ВЧ-плазмы пониженного давления с поверхностью матариалов в процессах модификции нанослоев/ЛГез. доклада — XXXIV Международня (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 1216 февраля 2007 г.
- Дадашова Е.А., Ягодовская Т. В., Лунин В. В., Плахотник В. А. Регенерация катализатора алкилирования изобутена н-бутенами в тлеющем разряде кислорода.// Кинетика и катализ.-1991.-т.32.-№ 6.-с. 1511.
- Високов Г. П. Кинетические исследования восстановления и активности плазмохимически синтезированных или регенерированных ультрадисперсных катализаторов для синтеза аммиака.// Химия высоких энергий,-1992.-т.26.-№ 5.-с.462.
- Алуна Р., Псху З. В., Михаленко И. И., Ягодовский В. Д. Кинетика дегидроциклизации н-гексана на родиевой и медно-родиевой плёнках.// Журн. физ. химии. -2001. т. 75 -№ 11. с. 1952−1955.
- Псху З.В., Ряшенцева М. А., Ягодовская Т. В., Ягодовский В. Д., Егорова О. В. Влияние плазмохимической обработки меднорениевых нанесённых на сибунит катализаторов на их дегидрирующую активность. // Журнал физ. Химии.-2003.-т.77.№ 8.-с. 1437−1442.
- Ягодовский В.Д., Исаева Н. Ю., Кондарь А. А. Кинетика дегидрирования циклогексана на массивном никеле, модифицированном плазмохимическими обработками его поверхности. // Журн. Физ. Хим., 2005, т.79, № 7, с. 1194.
- Lui С.-J., Yu К., Zhang Y.-P at. al. Characterization of plasma treated Pd/HZSM-5 catalyst for methane combustion// Appl. Catalysis B: Environmental. 2004. V.47. P.95.
- Kim H.H., Tsubota S., Date M. et al. Catalyst regeneration and activity enhancement of Au/Ti02 by atmospheric pressure nonthermal plasma// Appl. Catalysis A: General. 2007. V.329. P.93.
- Zhu P., Huo P., Zhang Y., et. al. structure and reactivity of plasma treated N1/AL2O3 catalyst for CO2 reforming of methane// Appl. Catalysis B: Environmental. 2008. V.81. № 1−2. P. 132.
- E.S. Lokteva, A.E.Lazko, E.V. Golubina, V.V. Timofeev at al. Regeneration of Pd/Ti02 catalyst deactivated in reductive CC14 transformation by the treatment with supercritical C02, ozone or oxygen plasme // J. Supercritical Fluids, 2011, V.58, p.263−271.
- Баторн H., Чикош Ч. Исследование катализаторов превращения н-углеводородов.// Сибирские чтения по катализу.-Новосибирск.-1978.- с. 183.
- Жермен Дж. Каталитические превращении углеводородов.//М., Мир-1972.с.106.
- Paal.T., Tomson S., Webb.G., Corkindale M.C. Conversion of hydrocarbons on alumosilicate catalysts//. Acta.Chim.Acad.Sci.Hung.-1975.-v.84.-№ 4.- p.445.
- Баркова А.П., Фурман Д. Б., Брагин О. В. «Способы получения эффективных алюморениевых и алюмотехнециевых катализаторов дегидрирования н-парафинов». // Изв. РАН. Сер. хим.-1992.-№ 2.-с.474.
- Баркова А.П., Фурман Д. Б., Брагин О. В. «Активация низкопроцентных Re-Al203 и Тс- А120з -катализаторов дегидрирования парафинов».// Изв. РАН. Сер.хим.-1993 .-№ 3 .-с.484.
- Xu.Y., Sun F. Effect of reaction conditions on reactivity of high-Re reforming catalyst.// Shiyou Xuehan, Shiyou Jiagong (China).-1994.-v.l0.-№l.-p.8.
- Орехова H.B.// Канд.дисс.-М.:ИНСХ.АН.СССР.-1976.
- Грязнов B.M., Храпова E.B. // Авт. Свид. СССР. № 33 396.-Бюллет. изобр,-1972.-№ 12.
- Anderson J.R., Macdonald R.J., Shiomyana J. Transformation of n-hexan // J.Catal.-1971.-v.20.-№ 20.-p.l47.
- Paal Z., Groewegh H., Paal-Zukacs J. Transformation of n-hexan over EuroPT-1 fragments end C6 products on fresh end partially deactivated catalyst // J.Chem.Soc. Faraday Trans.-1990.-v.86.-№ 18.-p.3159.
- Shun Y.H., Chew S.Y., Peng S.Y. «Study Pt-Ga/Al203 catalyst for the reaction ofn-hexans» J. Catal.-1990.-v.ll.-№ 4.-p.259.
- Мещеряков С.В., Вишнецкая М. В., Козлова Е. Н. Ингибиторы и инициаторы радикальных процессов в превращении н-гексана набифункциональном катализаторе. // Защита окружающей среды в нефтегазовом контексте., 2005., № 1, с. 37−41.
- Вишнецкая М.В., Газаров Р. А., Козлова Е. Н., Воронцова И. В. Получение экологически чистых компонентов бензинов. // Химия и технология топливных масел. 2005, № 6, с. 45−47.
- Зосимова П.А., Смирнов A.B., Ющенко B.B., Нестеренко С. Н., Иванова И. И. «Физико-химические и каталитические свойства системы Pt-CeOx, полученной окислением интерметаллиза Pt-Се» // Журн. Физ. Химии, 2007, т. 81, № 10, с. 1−7.
- Yoo, Ji Beom. «Manufacture of platinum catalyst using carbon nanotube for fuel cell electrode» // Repub. Korean Kongkae Taeho Kongbo KR. 2004.
- J. N. Pereira, M. F. Ribeiro, L. S. Cabiac. «Highly dispersed platinum catalysts prepared by impregnation of texture- tailored carbon xerogels». // J. of Catalysis, 240(2), 160−171.2006.
- Kumbilieva K, Gaidai N.A., Nekrasov N.V., Petrov L., Lapidus A. «Types of active sites and deactivation features of promoted Pt catalysts for isobutene dehydrogenation». // Chemical Engineering Journal, 2006.
- Radivojevic D., Seshan K., Lefferts L. «Preparation of well-dispersed Pt/SiO? catalysts using low-temperature treatments». // Applied Catalysis. 301, p. 51- 58, 2006.
- Passos, Fabio В., Aranda, Donato A.G., Shmal, Martin. «Characterization and catalytic activity of bimetallic Pt-Zn/Al203 and Pt-Sn/Al2C>3 catalysts». // J. Catal 178 (2), p. 478−489, 1998.
- Radivojevic D., Seshan К., Lefferts L. «Preparation of well-dispersed Pt/Si02 catalysts using low-temperature treatments». // 2006 Applied Catalysis. 301, p. 5158.
- Ряшенцева M. А. «Селективное дегидрирование изопропилового спирта на низкопроцентных нанесённых биметаллических ренийсодержащих катализаторах». // Известия Академии наук. Серия химическая, 1998, № 11., с. 283.
- Трофимова А.А., Ряшенцева М. А., Исаева Н. Ю. и др. Влияние плазмохимических обработок никелевого и медно-никелевого катализаторов, нанесённых на сибунит, на их дегидрирующую активность.//Журн. физ. химии, 2007, Т.81, № 5, С.1
- Shorthouse L. I., Roberts A. I., Raval R. Propan-2-ol on Ni (111): identification of surface intermediates and reaction products// Surf. Sci. 2001, T. 480, p. 37−46.
- Ягодовский В.Д., Боженко K.B., Ягодовская T.B., Трофимова А. А. и др. Дегидрирование изопропанола на никель-марганцевом катализаторе, обработанным в плазме тлеющего разряда кислорода, аргона и водорода // Журн. физ. химии Т.82 № 1 с.59−64.
- R. М. Rioux, М. A. Vannice, «Dehydrogenation of isopropyl alcohol on carbon supported Pt and Cu — Pt — catalysts». // Journ. Catalysis, 2005, v. 233, № l, p. 147−165
- R. M. Rioux, M. A. Vannice «Hydrogenation/Dehydrogenation reactions: Isopropanol Dehydrogenation over copper Catalyst». // Journ. Catalysis, 2003, v. 216, № 1−2, p. 362−376
- Y.Han, J.Shen. Microkinetic analysis of isopropanol dehydrogenation over Cu/Si02 catalyst // Applied Catalysis. 2001, v. 205, № 1−2, p.79−84
- Ягодовский В. Д., Рэй С. К. Об изменении электронного состояния поверхности металла при адсорбции// Журн. физ. химии. 1982. Т. 56. № 9. С. 2358
- Михаленко И.И., Ягодовский «Статистико-термодинамический анализ изменения электронной плотности поверхности металла при адсорбции»// Там же. 2002. Т. 76. № 4. С. 600.
- Kohn W., Sham L.J. Self-consistent equations including exchange and correlation effects// Phys.Rev., 1965,140, 4A, p. l 133−1138
- Lang N.D. Density-functional studies of chemisorptions on simple metals. Aspect Kinetics and Dyn. Surface React. Workshop, La Jona, Calif., 1979″, 1980, N.Y., p.137−149
- Smith J.R. Self-consistent many electron theory of electron work functions and surface potential characteristics for selected metals.// Phys.Rev., 1969, 181, p.522−529
- Lang N.D. Kohn W. Theory of metal surfaces, charge densites and surface density.// Phys.Rev., 1970, Bl, p.4555
- Ying S.C., Smith J.R., Kohn W. Self-consistent screening of charges embedded in a metal surfaces.//! Vacc.Sc.Techn., 1972, V.9, № 2, p.575−578
- Smith J.R., Ying S.C., Kohn W. Chemisorbed hydrogen, electron scattaring, resonance lebelsand vibration frequency.//Sol.Sf.Commun., 1974, 15, 9, p.1491−1494.
- Ying S.C., Smith J.R., Kohn W. Density-functional theory of chemisorptions on metal surfaces// Phys.Rev., 1975, В11, 4, p. 1483−1496
- Smith J.R., Ying S.C., Kohn W. Charge densities and binding energies in hydrogen chemisorption.// Phys.Rev.Lett., 1973, v.30, № 13, p.610−613.
- Lang N.D. The density-functional formalism and the electronic structure of metal surfaces.// Sol.St.Phys., 1973, Academic press, N.Y., p.225.
- Mavroyannis C. The interaction of neutral moleculeswith dielectric surfaces//Mol.Phys. 1963. V.6.p.593−600.
- Лебедев H. И., Михаленко И. И., Ягодовский В. Д. Влияние серы и калия на адсорбцию монооксида углерода и его взаимодействие с водородом на ультрадисперсном порошке никеля.// Кинетика и катализ. 1999. Т. 40. № 4. С. 590−598.
- Ларичев Ю.В., Просвирин И. П., Шляпин Д. А. и др. Изучение методом РФЭС природы промотирования в Ru-Cs/сибунит-катализаторах синтеза аммиака//Кинетика и катализ. 2005. Т. 46. № 4. С. 635−641.
- Стадниченко А.И., Кощеев C.B., Воронин А. И. Окисление поверхности массивного золота и исследование методом РФЭС состояний кислорода в составе оксидных слоёв.//Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2007. № 6. С. 418−426.
- Казанский Л.П. РФЭС и адсорбция гетероциклических соединений на поверхностях металлов.//Коррозия: материалы, защита. 2011. № 1. С. IIIS.
- Калинкин A.B., Пашис A.B., Бухтияров В. И. Исследование методом РФЭС взаимодействия Н2 и смесей Н2+02 на модельном катализаторе Pt/M003.Журнал структурной химии. 2008. Т. 49. № 2. С. 269−274.
- Пылинина А.И., Михаленко И. И., Ягодовская Т. В., Ягодовский В. Д. Десорбция и реакционная способность бутанола, адсорбированного на активированном в плазме водорода литий-железо-фосфате (LISICONy/Журнал физической химии. 2010. Т. 84. № 12. С. 2372−2376.
- Степанов Н.Ф. «Квантовая химия и квантовая механика'7/M.: Мир, 2001., с. 319.
- Грибов JI.A., Муштакова С. П. «Квантовая Химия’У/М.: Гардарики, 1999, с. 298.
- Фларри Р. «Квантовая Химия'7/M.: Мир, 1985, с. 102.
- Becke A. D. Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange// J. Chem. Phys. 98, 5648 (1993).
- Lee C., Yang W., Parr R. G. Development of the Colle-Salvetti correlation-energy formula into a functional of the electron density//Phys. Rev. В 37 (1988) 785.
- Stephens P. J., Devlin F. J., Chabalowski C. F., Frisch M. J. Ab Initio
- Calculation of Vibrational Absorption and Circular Dichroism Spectra Using Density Functional Force Fields//J. Phys. Chem. 98 (1994) 11 623
- Frish M.J., Trucks G. W., Schlegel H.B. et al.// Gaussian-98, Revision A. 7, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, USA, 1998
- Atsushi Ogawa, Masamitsu Tachibana, Masakazu Kondo, Orbital Interactions between a C60 Molecule and Cu (l 11) Surface// J. Phys. Chem. B, 2003, 107 (46), pp 12 672−12 679
- Кузнецов А. М., Маслий А. Н., Шапник М. С., Молекулярно-континуальная модель адсорбции цианид-иона на металлах подгруппы меди из водных растворов, Электрохимия, 2000, Т.36, № 12, С. 1477−1482.
- Wagner С. D., Naumkin А. V., Kraut Vass et al. // NIST X — ray Photoelectron Spectroscopy Database. NIST. Standart Reference Databbase 20. Version 3.4(Web Version) 2004.
- Кавтарадзе H.H.// Адсорбция водорода на конденсированных слоях металла.//Дис. к.х.н. Институт физической химии АН СССР, 1956.
- Clark A., Finch J.N. Nature of the sites on fluorided alumina//J. Catalysis. 1970. V.19.p.292.
- Ющенко B.B., Топчиева K.B., Иманов Ф. М., Зульфугаров З. Г. Об особенностях крекинга изооктана на кристаллических и аморфных алюмосиликатах//Нефтехимия 1978, Т.28, № 6, с.908−913.
- В.Д. Ягодовский, З. В. Иеху, Н. Ю. Исаева, Т. В. Ягодовская, Р. А. Кифяк, К. С. Беляева. Дегидрирование циклогексана на промышленномплатиновом катализаторе АП-64, подвергавшемся плазмохимическим обработкам// Журн. физ. химии, 2009, Т.83, № 5, с.847−851.
- Thompson Р., Сох D.E. and Hastings J.B. Rietveld refinement of Debye-Scherrer synchrotron X-ray data from AI2O3// J. Appl. Cryst. 1987. V. 20. P. 79.
- P. Scherrer Nachrichten von der Koniglichen Gesellschaft der Wissenschaft zu Gottingen: Mathematisch-physikalische Klasse // Gottinger Nachrichten Gesell., Vol. 2, 1918, p 98.
- Seliakow N. // Z. Physik. 1924. B. 31. S. 439 и опечатки в Z. Physik. 1925. В. 33. S. 648.
- Псху 3.B., Алуна Р., Михаленко И. И., Ягодовский В. Д. Окисление СО на нанесённом катализаторе Ir-Cu // Журн. физ. химии, 2001, Т.75, № 11, с.2101−2103.
- Рабинович В.А., Хавин З. Я. // Краткий химический справочник. М.: Химия, 1977. С. 90.
- Псху З.В. // Дис. канд. хим. наук. «Влияние химического модифицирования, термических и плазмохимических обработок Rh, Ir, Ni и Си на их каталитические и адсорбционные свойства» Москва 2003 г.
- В.И. Веденеев, JI.B. Гурвич, В. Н. Кондратьев, В. А. Медведев, E.JI. ФранкевичЮнергии разрыва химических связей. Потенциалы ионизации и сродство к электрону. Справочник. М.: Изд-во АН СССР, 1962.
- Williamson G.K., Hall W.H. X-ray line broadening from filed aluminium and wolfram// Acta Metall, 1953, V. l, P. 22−31.
- Wedler G.//Chemisortion. An Experimental Approch., Butterworworths. 1976. London-Boston & Co. Publ. P.249.