Введение
1. Обзор научной и патентной литературы 7
1.1. Основные процессы и технологии, которые сопровождаются выделением СО 8
1.2. Современное состояние рынка систем газоочистки и их известные эксплуатационные недостатки 9
1.3. Разработка и синтез многофункциональных оксидных материалов 13
1.4. Методы исследования структуры и состава как компоненты инструментального контроля за процессом синтеза 14
1.5. Применение методов вычислительной химии (сomputational сhemistry) для оптимизации исследований 18
1.6. Энерго-, ресурсосберегающие и «зеленые» технологии в катализе 19
1.7. Структурные и фазовые предпосылки для применения соединений переходных металлов в окислительном катализе
1.7.1. Оксидные материалы в катализе 22
1.7.2. Основные методы синтеза оксидных катализаторов 23
1.7.3. Особенности термического синтеза оксидных материалов 25
1.7.4. Особенности фазообразования в процессе термического синтеза оксидных материалов 26
1.7.5. Каталитическая конверсия СО на оксидных катализаторах 29
1.8. Особенности твердофазного синтеза оксидных материалов 31
1.8.1. Переходы в процессе синтеза и их химизм 31
1.8.2. Переходы в процессе эксплуатации и их химизм 33
1.8.3. Особенности и химизм процесса шпинелеобразования 34
1.9. Ферриты – история, состояние рынка и потенциал развития 36
2. Методическая часть 38
2.1. Методика синтеза исходных соединений 39
2.1.1. Выбор исходных соединений для термолиза, оценка их доступности и применимости 41
2.1.1.1. Карбонаты металлов 41
2.1.1.2. Формиаты и ацетаты 42
2.1.1.3. Оксалаты 42
2.1.1.4. Другие соли т.н. «фруктовых кислот»
2.1.2. Методика синтеза прекурсоров (на примере оксалатов металлов) 44
2.1.3. Улучшение характеристик продукта
2.1.3.1. Снижение содержания примесей в продукте 46
2.1.3.2. Повышение дисперсности
2.2. Методика синтеза оксидных катализаторов 49
2.2.1. Методика подготовки шихты для термолиза (на примере двухкомпонентной оксидной системы) 49
2.2.2. Методика термолиза 50
2.2.3. Методика подготовки образцов для анализа и испытаний активности 51
2.3. Методика исследования каталитической активности образцов 51
2.3.1. Выбор режима эксплуатации реактора синтеза СО 52
2.3.2. Подготовка реактора конверсии к испытанию образца катализатора 54
2.3.3. Выбор состава газовой смеси для испытания образца катализатора 55
2.3.4. Выбор температурного интервала для испытания катализатора 55
2.3.5. Методика испытания катализатора 56
2.4. Методы анализа и использованное оборудование 58
2.4.1. Рентгенофазовый анализ 58
2.4.2. Растровая электронная микроскопия (РЭМ) 59
2.4.3. Элементный полуколичественный анализ 60
2.4.4. Дифференциальный термический анализ 61
2.4.5. Газовая хроматография 62
3. Экспериментальная часть 64
3.1. Особенности термического синтеза оксидных катализаторов 66
3.1.1. Традиционный термический синтез и оценка его применимости для синтеза каталитически активных оксидов 66
3.1.2. Особенности термолиза в восстановительной атмосфере 70
3.1.3. Разработка и оптимизация рецептуры шихты 73
3.1.4. Выбор оптимальных условий термолиза 3.1.4.1. Вклад продолжительности термолиза в формирование каталитически активной композиции 81
3.1.4.2. Вклад температуры в формирование каталитически активной композиции 83
3.2. Синтез, исследование состава и каталитической активности
однокомпонентных катализаторов 84
3.2.1. Система «железо-кислород» 84
3.2.2. Система «кобальт-кислород» 87
3.2.3. Система «марганец-кислород» 89
3.2.4. Система «медь-кислород» 91
3.2.5. Система «церий-кислород» 92
3.2.6. Сравнение каталитической активности однокомпонентных оксидов 94
3.3. Синтез, исследование состава и каталитической активности
двухкомпонентных катализаторов 96
3.3.1. Система «железо-кобальт-кислород» 96
3.3.2. Система «железо-лантан-кислород» 99
3.3.3. Система «железо-марганец-кислород» 101
3.3.4. Система «железо-медь-кислород» 103
3.3.5. Система «железо-калий-кислород» 105
3.3.6. Сравнение каталитической активности двухкомпонентных катализаторов 107
3.3.7. Особенности каталитической активности двухкомпонентных катализаторов 109
3.4. Синтез, исследование состава и каталитической активности трехкомпонентных катализаторов 110
3.4.1. Система «железо-кобальт-церий-кислород 110
3.4.2. Система «железо-марганец-церий-кислород» 112
3.4.3. Система «железо-никель-цинк-кислород» 114
3.4.4 Сравнение каталитической активности
трехкомпонентных оксидных катализаторов 117
3.5. Исследование фазовой, структурной и термической устойчивости катализаторов к изменению условий эксплуатации 119
3.6. Особенности идентификации образцов
3.6.1. Рентгенодифракционный анализ 123
3.6.2. Растровая электронная микроскопия (РЭМ) 127
3.6.3. Элементный полуколичественный анализ 129
3.6.4. Дифференциальный термический анализ 129
3.6.5. Газовая хроматография
3.7. Математическое прогнозирование процесса формирования ферритов со структурой шпинели 132
3.8. Практическое применение разработанных каталитических композиций для приготовления промышленных катализаторов
3.8.1. Конкурентные преимущества разработанных каталитических композиций 146
3.8.2. Исследование возможности формообразования катализатора
3.8.2.1. Внедрение катализатора в структуру блочного носителя 149
3.8.2.2. Агломерирование 150
Выводы 153
Список литературы
