О возможности применения рентгенофазового анализа для исследования пирофорных систем, на примере скелетного никеля Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

Т 58 (2) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2015

УДК 544.478.32

Т.Ю. Осадчая, А.А. Ильин, А.В. Афинеевский, Д.А. Прозоров, Р.Н. Румянцев, М.В. Лукин

О ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕНТГЕНОФАЗОВОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПИРОФОРНЫХ СИСТЕМ, НА ПРИМЕРЕ СКЕЛЕТНОГО НИКЕЛЯ

(Ивановский государственный химико-технологический университет) e-mail: prozorovda@mail. ru

Рассмотрена применимость метода таблетирования для получения рентгенограмм пирофорного никелевого катализатора в воде. Получены рентгенограммы образцов скелетного никелевого катализатора и измерена активность данных образцов. Произведена оценка влияния окисления на образцы катализатора, подготовленного к снятию рентгенограмм.

Ключевые слова: скелетный никель, рентгенофазный анализ, пирофорность

Известно, что при сплавлении никеля и алюминия образуется несколько химических соединений и растворов переменного состава [1,2], которые будут иметь различную сопротивляемость к выщелачиванию. Поэтому, меняя условия механохимической обработки исходного сплава можно варьировать состав получаемого катализатора с различной каталитической активностью.

Для исследования структуры гетерогенных катализаторов используют целый набор методов. Основной технической проблемой при этом остается легкая окисляемость катализатора кислородом воздуха [3], что в значительной степени затрудняет применение скелетных никелевых катализаторов. Существующие методы подготовки образцов катализатора для проведения рентгенографического анализа весьма трудоемки и дорогостоящи. Например, в работе [4] использовалась специальная термовакуумная установка с манипуляторами, с помощью которых пирофорный никель помещался под золотую пленку.

Цель настоящей работы заключалась в оценке применимости метода рентгенофазового анализа для исследования пирофорного скелетного никелевого катализатора, препарированного путем его таблетирования.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе использовали скелетный никелевый катализатор, полученный обработкой никель-алюминиевого сплава со средним радиусом частиц 4.8 мкм гидроксидом натрия по известной методике [5].

Подготовка образцов катализатора для снятия рентгенограмм осуществлялась следующим образом. Катализатор переносился под слоем воды в цилиндрическую матрицу, где происходило его таблетирование под давлением 30 кгс/см2. Далее полученный образец помещался под слой воды в герметичную емкость для избежания его контакта с кислородом воздуха.

Таблетированные образцы катализатора использовались для получения рентгенограмм (рис.1), рентгенофазный анализ проводили с использованием дифрактометра Дрон-3М с использованием Cu ^--излучения (^=0,15406 нм). Затем образцы помещались вновь под слой воды в реактор жидкофазной гидрогенизации. Интенсивности перемешивания реакционной среды составила 60 об/с, что позволяло таблетированный образец вернуть в порошкообразную форму. В данном реакторе проверялась каталитическая активность полученных образцов (рис. 2). После проведения кинетического опыта проводилась проверка распределения размеров частиц порошка катализатора с помощью лазерного гранулометра Analysette 22 Compact фирмы Fritsch.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты рентенофазового анализа (рис. 1) образцов таблетированного скелетного никелевого катализатора показывает, что на рентгенограммах образцов, выдержанных на воздухе менее 17 мин, присутствуют рефлексы фазы, характерной для металлического никеля, увеличение времени выдержки образцов более 17 мин. приводит к появ-

82

ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2015 том 58 вып. 2

лению рефлексов оксида никеля N10, что свидетельствует о его окислении.

Ni

20

70

30 40 50 60

Угол дифракции 2©, град.

Рис. 1. Рентгенограммы образцов таблетированного катализатора, выдержанного на воздухе: 1 - менее 17±5 мин;

2 -25±8 мин; 3 -42±8 мин, 4 - 240 ± 10 мин Fig. 1. X-ray patterns of tableted catalyst samples seasoned in air: 1 - 17 ± 5 min; 2 - 25 ± 8 min; 3 - 42 ± 8 min; 4 - 240 ± 10 min

Таким образом, в случае использования методов анализа, требующих контакта с воздухом менее 20 мин, можно использовать предложенный метод подготовки катализатора.

R, отн. ед. 0^

0,6

0,4

0,2

0 t

t, мин

0 20 40

Рис. 2. Изменение относительной активности образцов таблетированного катализатора от времени взаимодействия с кислородом воздуха Fig. 2. The change in a relative activity of the tableted catalyst samples versus the time of interaction with atmospheric oxygen

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации (проект №1800).

ЛИТЕРАТУРА

1. Bao C.M. //Journal of Alloys and Compounds. 2009. Т. 481. N 1. С. 199-206.

Hu H. //Journal of Catalysis. 2006. Т. 237. N 1. С. 143-151. Dulle J., Nemeth S., Skorb E. V., Irrgang T., Senker J., Kempe R., Andreeva D.V. // Advanced Functional Materials. 2012. Т. 22. N 15. С. 3128-3135. Hu H. //Journal of Catalysis. 2004. Т. 221. N 2. С. 612-618. Улитин М.В., Барбов А.В., Шалюхин В.Г., Гостикин В П. // Журн. прикл. химии. 1993. Т. 66. № 3. С. 497-505; Ulitin M.V., Barbov A.V., Shalyukhin V.G., Gostikin V.P. // Zhurn. Prikl. Khimii. 1993. T. 66. N 3. P. 497-505 (in Russian).

2. 3.

НИИ Термодинамики и Кинетики химических процессов,

Кафедра физической и коллоидной химии, кафедра технологии неорганических веществ

4

УДК 544.723:546.11:544.47 Д.А. Прозоров, Н.Н. Смирнов, А.В. Афинеевский ВЕЛИЧИНЫ СОРБЦИИ ВОДОРОДА СКЕЛЕТНЫМ НИКЕЛЕВЫМ КАТАЛИЗАТОРОМ В ВОДЕ

(Ивановский государственный химико-технологический университет) е-mail: prozorovda@mail. ru

С помощью комплекса синхронного термического анализа и масс-спектроскопии получены величины общего содержания сорбированного водорода на скелетном никелевом катализаторе в воде. Прямым экспериментальным методом показано наличие не менее трех типов поверхностных комплексов «металл-водород» с различной энергией на скелетном никелевом катализаторе.

Ключевые слова: скелетный никель, масс-спектрометрия, водород, адсорбция

Проблема предвидения каталитического свойства переходных металлов и катализаторов на действия остается важнейшей и актуальной для их основе определяются адсорбционной способ-любых каталитических систем. Каталитические ностью активной поверхности по отношению к

ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2015 том 58 вып. 2

83