CC BY
17
УДК 544.478:66.097:661.865
Луничкина В.П.*, Подъельникова Е.С., Карлова Е.В. Либерман Е.Ю., Белова И.А.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, УЛК
КАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНОЕ ПОКРЫТИЕ М-Се-Рг-О/у-А12О3/ВПЯМ, ГДЕ М - Оа, У, ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА
Предложены катализаторы М-Ce-Pr-0/y-Al203/ВПЯМ, где М - Gd, Y, для очистки газовых выбросов от монооксида углерода. Нанесение активного компонента М-Ce-Pr-О проводили из растворов гидрозолей кислородсодержащих соединений соответствующих металлов. Для исследованных катализаторов характерна высокая активность в реакции окисления монооксида углерода, что позволяет сделать вывод о целесообразности использования гидрозолей для нанесения каталитически активного покрытия.
Ключевые слова: каталитическое окисление, каталитически активное покрытие, гидрозоль.
В настоящее время в связи с ростом промышленности и широким использованием автомобилей одной из самых актуальных проблем человечества является загрязнение окружающей среды, а именно в атмосферу выбрасывается большое количество СО, NOx, СхНу. Для решения данной проблемы применяют способ каталитической нейтрализации токсичных веществ до ТО2, N2, Н2О.
Особый интерес вызывают каталитические системы, являющиеся нанесенными катализаторами на основе высокопористого ячеистого носителя (ВПЯН), которые представляют собой керамический каркас цилиндрической формы, образующейся в результате выжигания пенополиуретановой губчатой матрицы. После формирования каркаса на поверхность ВПЯМ наносится вторичный носитель - пористый слой у -Al2O3, что приводит к увеличению пористости и удельной поверхности и способствует равномерному нанесению каталитически активного компонента (соединений оксидов ^ и элементов и платиновых металлов).
Керамические сетчато-ячеистые структуры используют в промышленности для фильтрации расплавленных металлов, и привлекают все больше внимания как носители катализаторов благодаря высокой термической стабильности, высокой проницаемости (10-9 м2) и структуре, обеспечивающей турбулентность газовых потоков, в результате чего существенно увеличивается эффективность работы каталитических композиций на их основе, которые могут использоваться, в частности, при очистке газовых выбросов промышленных производств и автотранспорта .
Для импрегнирования каталитически активного слоя на основу были впервые синтезированы многокомпонентные гидрозоли
кислородсодержащих соединений У, Ce, Gd и Рг из водных растворов нитратов (чистоты 99,9% по РЗМ) и гидроксида аммония (марки х.ч.) без стабилизации системы.
Гидрозоли синтезированы по методике, описанной в работе [1]. Для синтеза гидрозоля в большой объем дистиллированной воды наливали определенное количество нитратов иттрия, церия и празеодима в соотношении 4:1:1, и гадолиния, церия, празеодима в соотношении 5:2:2. Для получения наименьшего размера частиц дисперсной фазы резко приливали рассчитанное количество разбавленного водного раствора аммиака при постоянном перемешивании в течении времени до образования осадка. Удаление избытка электролита проводили путем промывки дистиллированной водой с помощью центрифуги. Отмыв осуществлялся до постоянного значения электропроводности промывных вод. Затем отмытый осадок подвергали диспергированию в ультразвуковом поле до получения
опалесцирующего золя. При этом происходило формирование гидрозолей кислородсодержащих соединений У, Се, Gd и Рг.
Все синтезированные золи имеют рН дисперсионной среды 8.0. Концентрации полученных золей составили: для У, Се, Рг - 1,64 %масс. (расчет на оксиды) и для Gd, Се, Рг - 0,52 % масс.. Исследуемые системы агрегативно устойчивы в течении более трех месяцев.
Заключительным этапом получения
высокопористого ячеистого катализатора является нанесение на ВПЯН активного компонента. Нанесение осуществлялось методом пропитки из золей кислородсодержащих соединений У-Се-Рг и Gd-Ce-Pr в несколько слоев. Для этого ВПЯН предварительно нагревали в течение 30 минут при 110°С. После чего на водяной бане осуществляли пропитку активным компонентом в течение часа. Затем образец сушили в течение 2 часов при 110°С. Прокаливание осуществляли в муфельной печи при 600°С в течение 3 часов. Морфологию и химический состав каталического покрытия определяли методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) на электронном микроскопе высокого разрешения JEOL ШМ-2100 (Япония) (разрешение - 0,18 нм, напряжение - 200 кВ) и с
помощью сканирующего электронного микроскопа из рис. 1, для покрытия характерно полидисперсное
высокого разрешения Supra VP 50 (LEO, Германия, распределение. Средний размер частиц покрытия
2003) с системой микроанализа INCA Energy+ составляет 3,5 мкм. Наблюдаемое неоднородное
Oxford. распределение частиц по размером, возможно,
Проведенные исследования морфологии обусловлено высокой Температурой прокаливания
химического состава каталитического покрытия образца, вследствие которой происходит укрупнение
показали, что в процессе нанесения с применением частиц нанесенной фазы. По-видимому, можно
золь-гель технологии происходит формирование рекомендовать снижение температуры
более дисперсного каталитического слоя.. Как видно термообработки.
Рис.1 Электронно-микроскопические снимки катализатора: а) увеличение в 37 раз, б) увеличение в 120 раз, в) _увеличение в 800 раз._
Спектр 5
1 2 3 4 5 6 7 8 Полная шкала 282 имп. Курсор: 1.532 (106 имп.)_кэВ
Рис.2 Элементный состав каталитического слоя
Каталитическую активность катализаторов исследовали проточным методом. Состав модельной газовой смеси: СО - 29,93 г/м3, N0 - 0,02 г/м3, N2 -баланс. Измерения проводили на газоанализаторе КАСКАД-Н при интервале температур 300 - 600°С и объемном расходе газовой смеси 2 л/мин. Степень конверсии оксида углерода (II) а рассчитывали по формуле:
а =
[СО]ИСХ - [СО\
[СО] ИСХ
• 100%
где [СО]исх - начальная концентрация СО в исходной смеси, об.%, [СО]тек - текущая концентрация СО, об.%.
Результаты измерений активности приведены в табл.1
каталитической
№ Состав активной фазы катализатора Am, % Т A конв.макс? С Хконв^ %
СО
1 Y-Ce-Pr 1,53 393 99
2 Y-Ce-Pr 0,43 293 94
3 Y-Gd-Ce-Pr 1,80 293 63
На основании проведенных исследований можно сделать вывод о перспективности использования в качестве каталитически активного покрытия соединений оксидов редкоземельных элементов из гидрозолей соответствующих металлов.
Луничкина Валерия Павловна, студентка 3 курса кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Подъельникова Екатерина Сергеевна, студентка 3 курса кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Карлова Елена Владимировна, студентка 3 курса кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Либерман Елена Юрьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Белова Ирина Александровна, кандидат химических наук, доцент кафедры коллоидной химии РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Литература
1. Белова И.А., Киенская К.И., Гродский А.С., Назаров В.В. Синтез и коллоидно-химические свойства гидрозолей оксогидроксида иттрия // Коллоид. журн. - 2008. - Т. 70. - № 5. - С. 601-606.
2. Либерман Е.Ю., Конькова Т.В., Грунский В.Н., Малютин А.В., Кошкин А.Г., Михайличенко А.И., Румянцева О.В. Высокопористые ячеистые катализаторы для решения экологических проблем // Экология и промышленность России - 2013 - апрель - с.16-19
Lunichkina Valeriya Pavlovna, Podieelnikova Ekaterina Sergeyevna, Karlova Elena Vladimirovna, Liberman Elena Ur 'evna, Belova Irina Alexandrovna.
CATALYTICALLY ACTIVE COATING M-Ce-Pr-O/y-Al2O3/HPCM, WHERE M IS Gd, Y, FOR THE OXIDATION OF CARBON MONOXIDE
Abstract
The proposed catalysts M-Ce-Pr-O/y-Al2O3/HPCM, where M Is Gd, Y, for purification of gas emissions of carbon monoxide. The application of active component of M-Ce-Pr-O was performed from solutions of the hydrosol oxygen-containing compounds of the respective metals. For the studied catalysts characterized by high activity in the oxidation of carbon monoxide that allows to make a conclusion about expediency of use of hydrosols for applying a catalytically active coating.
Key words: catalytic oxidation, catalytically active coating, hydrosol
