Катализаторы на углеродных носителях для гидродехлорирования хлорорганических соединений и прямого окислительного разложения сероводорода

Углеродные носители (УН) обладают рядом преимуществ перед оксидными, минеральными и синтетическими, а именно: устойчивостью в агрессивных средах, способностью к регенерации без значительной потери активности (адсорбционной ёмкости) и к утилизации с извлечением ценных компонентов, возможностью широкого варьирования параметров микрои мезопористой структуры, количественного и качественного состава минеральной части, формы и размера гранул (частиц). УН могут быть получены из доступного природного сырья — ископаемых углей, торфа, древесины, углеродсодержащих отходов.

Благодаря наличию в УН наноразмерных микрои мезопор становится возможным создание катализаторов, представляющих собой высокодисперсные кластеры металла, стабилизированные в нанопористом объеме устойчивых к агрессивным средам УН. Это решает проблему реализации ряда важных процессов, в которых использование традиционных минеральных носителей невозможно или неэффективно. К таким процессам относятся каталитическое гидродехлорирование (ГДХ), которое является перспективным способом переработки промышленных хлорсодержащих отходов, и прямое каталитическое разложение сероводорода, решающее важную экологическую проблему нейтрализации токсичных выбросов на производствах, связанных с добычей, потреблением и переработкой природных энергоносителей.

Создание нанопористых УН и синтез на их основе эффективных и селективных катализаторов разложения токсичных соединений является актуальной научно-практической задачей, недостаточная разработанность которой послужила основанием для данного исследования.

Работа выполнена в соответствии с ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002;2006 годы», раздел «Экология и рациональное природопользование».

Цель работы: получение из различного углеродсодержащего сырья УН с широким спектром свойств и исследование влияния физико-химических, структурных характеристик и минеральной части УН на активность и селективность катализаторов на их основе в процессах ГДХ хлорорганических соединений и прямого окислительного разложения сероводорода.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

— комплексная оценка качественных показателей сырья для получения различных видов УН;

— выбор технологических схем получения, наработка и исследование УН;

— разработка способов получения, наработка и исследование катализаторов на УН;

— испытания катализаторов на УН в реакциях парофазного и многофазного ГДХ хлорбензолов и прямого окислительного разложения сероводорода.

— наработка и апробация опытной партии катализатора на УН.

Научная новизна;

— установлены закономерности образования микро-, мезои макропор в зависимости от природы сырья и способа формирования гранул, позволяющие направленно регулировать пористую структуру в процессе получения УН;

— впервые исследован метод получения катализатора на УН воздействием СВЧ-излучения, при этом установлено, что скорость нагрева и эффективность формирования катализатора напрямую зависят от объема макропор УН;

— методом мессбауэровской спектроскопии установлено, что термообработка МВИ при получении катализаторов способствует формированию в объеме микрои мезопор УН высокодисперсных частиц магнетита с размером менее 3−4 нм;

— выявлено, что введение промоторов железа и магния в Pd-катализатор на УН повышает его активность и селективность в процессе ГДХ;

— установлено положительное влияние минеральной части УН на активность Fe-катализатора в разложении H2S вследствие того, что природное железо носителя служит центром образования каталитически активных нанокластеров оксида Fe. Практическая ценность:

— разработаны способы получения дробленых и гранулированных УН из различного углеродсодержащего сырья для синтеза на их основе катализаторов разложения токсичных соединенийподана заявка на способ получения гранулированных носителей;

— разработаны Pd-Fe-Mg-катализаторы на УН с высокой эффективностью в процес-сах ГДХ и разложения H2Sподана заявка на способ получения катализаторов;

— наработана опытная партия катализатора на высокозольном сферическом УН, обеспечивающего исчерпывающую адсорбционно-каталитическую очистку газов от H2S до остаточного содержания ниже ПДК.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: конф. России и стран СНГ «Перспективы развития углехимии и химии углеродных материалов в XXI веке», Звенигород, 2005; II Рос. конф. «Актуальные проблемы нефтехимии», Уфа, 2005; IV Международ, конф. «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», Москва, 2005; II Международном симпозиуме «Углерод в катализе», С.- Петербург, 2006; V Всерос. конф. по химии кластеров и полиядерных комплексов «Кластеры — 2006» (с международ, участием), Астрахань, 2006; Международ, конф. «Перспективы развития химической переработки горючих ископаемых», С.-Петербург, 2006; Конф. молодых ученых по нефтехимии, Звенигород, 2006; Всерос. конф. «Современные подходы к проблемам физикохимии и катализа», Новосибирск. 2007.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 7 научных статей, из них 5 в журналах, рекомендуемых ВАК и 9 тезисов докладов.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и 4 приложений, изложена на 166 стр. машинописного текста, включает 29 рисунков, 36 таблиц и список использованных источников из 215 наименований.