CC BY
15
УДК 54.052
А. А. Чижевский, И.Ш. Абдуллин, В. С. Желтухин, А. В. Трофимов
ИССЛЕДОВАНИЕ у - AL2O3 НАНЕСЁННОГО НА СТЕКЛЯННУЮ ПОДЛОЖКУ В НЕРАВНОВЕСНОМ ГАЗОВОМ РАЗРЯДЕ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
Ключевые слова: катализатор, носитель, газовый разряд, поверхность, гетерогенный.
В статье приведены результаты нанесения оксида алюминия на стеклянные пластины. В качестве способа использовано нанесение в плазме высокочастотного разряда. Также произведено изучение полученных образцов методами РФА и оптической микроскопии. Показано, что при этом покрытие взаимодействует с поверхностью и образуется прочное сцепление. Произошли фазовые переходы исходного оксида алюминия в другие низкотемпературные формы и незначительно в высокотемпературную. Полученное сплошное однородное покрытие.
Keybords: catalyst carrier, a gas discharge surface heterogeneity.
Results of putting oxide of aluminum on glass plates are given in article. As a way drawing in plasma of the high-frequency category is used. Studying of the received samples by the RFA methods and optical microscopy is also made. It is shown that thus the covering interacts with a surface and strong coupling is formed. There were phase transitions of initial oxide of aluminum to other low-temperature forms and is insignificant in the high-temperature. The received continuous uniform covering.
Введение
Гетерофазные гранулированные катализаторы представляют собой гранулы, состоящие из строго сепарированных частиц определенного размера -зерен. Зерна состоят из носителя и каталитического элемента. В ходе эксплуатации катализатора используется около 30% объема такого зерна. В общем, это соответствует "корочковой" модели. Применяемый в качестве носителя у - А1203 обладает известными недостатками [1].
Целью нанесения у оксида алюминия на стеклянную подложку является получение покрытия носителем, устойчивого к износу и в то же время сохраняющее активность, причем подложка будет выполняться в виде сферизованных частиц стекла.
Экспериментальная часть
В ходе исследования режимов нанесения в индуктивном несимметричном разряде
пониженного давления было выявлено, что нанесению подлежат частицы у оксида высокой дисперсности при мощности от 500 ватт до 1000.[2] В данном диапазоне мощностей термообработка не превышает температуру в 1000°С в плазменном ядре, температурное воздействие на зерна катализатора минимально с учётом времени пролёта [3].
Так при микрокопировании было выявлено:
1. Максимальная высота (гористость) напыления 15 - 30 мкм.
2. Высота пиков заселённостью в 70% -4 - 8 мкм.
3. Ширина впадин в среднем 14 мкм.
4. Расстояние между впадинами порядка 30 мкм.
5. Различимый шаровидный элемент 1,5 - 3,2 мкм.
6. Получена устойчивая и прочная матовая СПЛОШНАЯ плёнка, несмываемая в спирте.
7. Средняя зернистость 1 мкм.
8. Средняя толщина плёнки достигает 21 - 25 мкм.
РФА исследование показало, что в ходе обработки не произошло изменения фазовой структуры подложки, и в то же время наблюдалось переплавление поверхности.
Спектр может быть интерпретирован суперпозицией нескольких кристаллических форм оксида алюминия и не одной в частности.
Наблюдается наличие нескольких состояний у оксида и "л форма. Сигналы заострились, что свидетельствует об увеличении кристалличности материала, но незначительно. Выделяются рефлексы при угле 1,97 и 1,39 принадлежащие у оксиду, которого в образце больше. Но интенсивность рефлекса при 1,39 указывает на другую форму оксида. Таким образом, данный образец находится в зафиксированном метастабильном состоянии перехода в корунд
Можно предположить, что низкотемпературная у форма перешла в метастабильную у форму и затем в Л форму. Соотношение состояний в образце не определялось в связи с мешающим действием аморфной формы стекла.
Также можно предположить, что образование прочного слоя обусловлено первично совместной кристаллизацией компонентов стекла, например 8Ю2, который мигрирует на кристаллиты А1203 и одновременно их обволакивает, тормозя рост крупных фрагментов кристаллов. То есть А1203 иммобилизовался на поверхности стекла.
Термомеханический эффект ионов на у-А1203 приводит к изменению порового пространства. Удельная поверхность сначала растёт, а затем падает очень резко. Объём пор падает, а размер пор несколько увеличивается. Таким образом, данное нанесение позволяет не только нанести на подложку
и закрепить в качестве носителя оксид алюминия, но и скорректировать его поверхностные свойства [4].
24-126-15.raw (Smooth)
AAl2 O3 3 )-.333 | n-AAm O3)1.333 ¡Aluminum Oxide PD ( Al2 03 )1.333 | Y-( Al2 03 )1.333 | Aluminum Oxide P[
происходит финишное смыкание пакетов первичного бемита. Предполагается переход центров Ь1 в центры Ь2 с последующим уменьшением их электроноакцепторных свойств и количеством внерешеточных гидроксилов. Термоудар осуществляет переход на гранях 201 кислотных гидроксилов Г3 в центры Ь3.
Выводы
• Получено сплошное покрытие оксида алюминия в основном имеющее состав состоящий из Т-АЬОз.
• Покрытие является сплошным и прочным.
• Предложен механизм образования такого покрытия и некоторых его свойств, позволяющих использовать его в качестве носителя и катализатора.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Соглашения № 14.577.21.0019 от 05.06.2014 проект № 2196.
Рис. 1 - РФА нанесённого Al2O3 на стеклянную подложку
Как указано ранее, обработка не проводилась выше 800° С - критической температуры для оксида алюминия, при которой начинается образование корунда. Объёмная обработка активными ионами пролетающих частиц не подвергла их фазовому переходу, а лишь несколько оплавила с поверхности, что подтверждено микроскопией и РФА, несмотря на то, что воздействие высокой энергии электромагнитного поля и ионного потока происходило по малой площади поверхности.
С другой стороны регулирование порового пространства возможно в температурном диапазоне 550-650 °С, при котором растёт удельная поверхность образца. Так же при такой обработке происходит перестроение порового пространства в сторону уменьшения макропор и увеличения микропор и мезопористости. Известно, что в некоторых случаях может образовываться корунд с развитой поверхностью [5]. Согласно тем же данным нагрев у-А12О3 до 700°С не образует (ИК и РФА) фазовых переходов. Но исчезают микротрещины, характерные у-А12О3 (500°С) и
© А. А. Чижевский - к.х.н., с. н. с. - каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, [email protected]; И. Ш. Абдуллин - д. т. н., проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, [email protected]; В. С. Желтухин - гл. науч. сотр., проф. той же кафедры, [email protected]; А. В. Трофимов - асп. той же кафедры, [email protected].
Литература
1. Научные основы производства катализаторов, под ред. Р. А. Буянова, Новосиб., 1982.
2. Абдуллин, И.Ш. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, Н.Ф. Кашапов. - Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2000. - 348 с.
3. Чижевский А.А, Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Шаехов М.Ф. Газоразрядное получение носителей для гетерогенных иммобилизованных катализаторов, Вест. Казан.технол. ун-та, 3, 85-89 (2015).
4. Косенко Н.Ф., Смирнова М.А. Конкурентное активированное модифицирование оксида алюминия // Перспективные материалы, 2007, №2, с. 90-93
5. Чукин Г. Д., Строение оксида алюминия и катализаторов гидрообессеривания. Механизмы реакций. М. 2010. - 288 с.
© A. A Chizhevsky, Ph.D., p. n. s. of the Department plazmohimicheskim macromolecular materials and nanotechnology KNRTU, [email protected]; I Sh. Abdullin, d. Tons. N., Professor, Head of the Department plazmohimicheskim macromolecular materials and nanotechnology, KNRTU, [email protected]; V. S. Zheltukhin, Chief Scientist, Professor the same Department, [email protected]; A. V. Trofimov, post-graduate student of the same Department, [email protected].
