Научная статья на тему 'ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ ОТХОДОВ В ТЕХНОЛОГИИ ВАНАДИЕВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ'

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ ОТХОДОВ В ТЕХНОЛОГИИ ВАНАДИЕВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
95
16
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИЛИКАГЕЛЬ / СИШТОФ / МИКРОКРЕМНЕЗЕМ / ВАНАДИЕВЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ / ОКИСЛЕНИЕ ДИОКСИДА СЕРЫ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Постнов Аркадий Юрьевич, Лаврищева Светлана Алексеевна, Копылова Ольга Игоревна, Александрова Юлия Владимировна

Представлены результаты использования силикатных отходов (силикагеля, сиштофа, микрокремнезема) в качестве альтернативных носителей в технологии ванадиевых катализаторов окисления диоксида серы. Исследован химический и фазовый состав силикатных отходов, параметры пористой структуры и активность синтезированных образцов. На основании анализа физико-химических и структурно-прочностных характеристик синтезированных и промышленных образцов показана перспективность применения микрокремнезема в качестве носителей катализаторов окисления диоксида серы

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Постнов Аркадий Юрьевич, Лаврищева Светлана Алексеевна, Копылова Ольга Игоревна, Александрова Юлия Владимировна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PROSPECTS OF THE USAGE OF SILICATE WASTE IN VANADIUM CATALYST TECHNOLOGY

The results of the use of silicate wastes (silica gel, sistof, microsilica) as alternative carriers in the technology of vanadium catalysts for the oxidation of sulfur dioxide were presented. The chemical and phase composition of silicate wastes, the parameters of the porous structure and the activity of the synthesized samples were studied. The prospects of microsilica use as carriers of catalysts for the oxidation of sulfur dioxide were shown based on the analysis of physicochemical and structural-strength characteristics of synthesized and industrial samples.

Текст научной работы на тему «ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ ОТХОДОВ В ТЕХНОЛОГИИ ВАНАДИЕВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ»

I. ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Химия и технология неорганических веществ

УДК 66.097.3

Arkady Y. Postnov, Svetlana A. Lavrishcheva, Olga I. Kopylova, Julia V. Alexandrova

PROSPECTS OF THE USAGE OF SILICATE WASTE IN VANADIUM CATALYST TECHNOLOGY

Saint-Petersburg State Institute of Technology, St Petersburg, Russia

Postnov_AT@technolog.edu.ru

The results of the use of silicate wastes (silica gel, sistof, microsilica) as alternative carriers in the technology of vanadium catalysts for the oxidation of sulfur dioxide were presented. The chemical and phase composition of silicate wastes, the parameters of the porous structure and the activity of the synthesized samples were studied. The prospects of microsilica use as carriers of catalysts for the oxidation of sulfur dioxide were shown based on the analysis of physico-chemical and structural-strength characteristics of synthesized and industrial samples.

Key words: silica gel, sishtof, microsilica, vanadium catalysts, sulfur dioxide oxidation

DOI 10.36807/1998-9849-2022-63-89-3-8

Введение

В настоящее время в нашей стране на первый план выходит ряд таких важнейших вопросов как эффективная переработка отходов, снижение экологической нагрузки на окружающую среду и импортозамещение. С точки зрения рационального природопользования и экологизации химического сектора, мощности которого, как правило, возрастают, отходы производства при соответствующей подготовке могут выступать в качестве перспективных вторичных сырьевых ресурсов.

В данной работе внимание уделяется нескольким видам силикатных отходов.

Силикагели - наиболее распространенные твердые сорбенты и осушители в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. В процессе их производства, хранения и транспортировки образуются пылевидные отходы. Кроме того, при наземном складировании отработанных сорбентов под воздействием осадков возникают загрязненные водные стоки [1].

Сиштоф - отход производства глинозема кислотным способом, образующийся на стадии выщелачивания каолина. Сиштоф состоит в основном из аморфного кремнезема не менее 80 мас. %.) и примесей различных минералов, таких как микроклин, эгирин и др. В виде единичных зерен могут присутствовать титаномагнетит, кальцит, апатит, пластинки слюды. Сиштоф кислото- и термоустойчив в широком диапазоне температур, обладает высокой удельной поверхностью [2, 3].

Микрокремнезем (МК) - пылевидный отход электротермического производства кремния и кремниевых сплавов, образующийся при охлаждении и очистке печных газов в рукавных и электрофильтрах, имеющий вы-

Постнов А.Ю., Лаврищева С.А., Копылова О.И.,

Александрова Ю.В.

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ ОТХОДОВ В ТЕХНОЛОГИИ ВАНАДИЕВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Санкт-Петербург, Россия

Postnov_AT@technolog.edu.ru

Представлены результаты использования силикатных отходов (силикагеля, сиштофа, микрокремнезема) в качестве альтернативных носителей в технологии ванадиевых катализаторов окисления диоксида серы. Исследован химический и фазовый состав силикатных отходов, параметры пористой структуры и активность синтезированных образцов. На основании анализа физико-химических и структурно-прочностных характеристик синтезированных и промышленных образцов показана перспективность применения микрокремнезема в качестве носителей катализаторов окисления диоксида серы.

Ключевые слова: силикагель, сиштоф, микрокремнезем, ванадиевые катализаторы, окисление диоксида серы

Дата поступления - 15 ноября 2022 года Дата принятия - 16 декабря 2022 года

сокую дисперсность, кислото- и термостойкость. Микрокремнезем, полученный при производстве элементарного кремния, содержит обычно 94-98 мас. % SiO2, а при производстве сплавов - 89-90 мас. % SiO2 [4, 5].

Из научной литературы известны различные способы применения этих материалов, в частности, в качестве добавок к цементам и бетонам, в производстве гидроизоляционных и обжиговых материалов, резин, пластмасс, красителей, керамики, стекол, в сельском хозяйстве в качестве раскислителей и т.д. [3, 4, 6-8]. Тем не менее, задача разработки направлений повторного использования кремнийсодержащих отходов продолжает сохранять высокую актуальность и имеет экономическую целесообразность.

Нами была изучена возможность применения отработанного силикагеля, сиштофа (предоставлен компанией РУСАЛ), микрокремнезема из рукавных и электрофильтров (предоставлен компанией РУСАЛ Кремний Урал) в качестве носителей ванадиевых катализаторов окисления диоксида серы.

Методики анализа и исследования носителей и катализаторов

Определение суммарного объема пор см3/г) образцов носителей и катализаторов по пикнометриче-ской жидкости (воде) проводили путем поглощения определенного объема жидкости навеской образца.

Площадь удельной поверхности ^уд, м2/г) образцов определяли хроматографическим методом по тепловой десорбции азота (ГОСТ 28794-90).

Механическую прочность (Р, МПа) образцов на раздавливание по образующей измеряли на механиче-

ском прессе (экстензометре ИПГ-1) в воздушной атмосфере при комнатной температуре из объема выборки 20 шт по ГОСТ 21560.2-82.

Химический и фазовый состав объектов определен методами рентгенофлуоресцентной электронной спектрометрии (энергодисперсионный рентгенофлуорес-центный спектрометр SHIMADZU EDX-8000) и рентгено-фазового анализа (РФА) (рентгеновский дифрактометр SHIMADZU XRD-6100).

ИК-спектры были сняты на ИК-Фурье спектрометре SHIMADZU тТгасег-100.

Исследование дисперсности носителей проводили с помощью лазерного дифракционного анализатора размеров частиц SHIMADZU SALD-2300.

Активность катализаторов в реакции окисления SО2 оценивали в стандартных условиях на кинетической установке проточного типа при температуре 485 °С, объемной скорости - 4000 чг1, катализатор фракции 4 мм, исходная газовая смесь содержала 10 об. % SO2, остальное - воздух, давление - атмосферное. Концентрацию SО2 анализировали с помощью йодометрического титрования по методу Рейха.

Результаты исследований и их обсуждение

Для оценки возможности применения силикатных отходов в качестве носителя в технологии ванадиевых катализаторов, а также разработки практических рекомендаций необходимо осуществить комплексный анализ свойств носителей и катализаторов на их основе.

Выбор и исследование свойств носителей

На первом этапе был определен химический и фазовый состав изучаемых силикатных отходов. В таблице 1 приведен их элементный состав в пересчете на соответствующие оксиды. Для уточнения в форме каких соединений находятся данные элементы, был изучен фазовый состав методом РФА. Результаты представлены на рис. 1.

—1 < II Т ?

-2 О о

■ А 1дхли , ,1 1 I 1 1 ■ ■ ■ Ш я _Л—Т-АТКТ а .У /-" А 7/у А 1 1

29,°

♦ - 81; • - р-кристобалит; I - Кварц; - Муллит; X - Тридимит

Рис. 1. Рентгенограмма микрокремнезема из рукавных фильтров (1) и электрофильтров (2), сиштофа (3)

Промышленные силикагели различных марок (КСКГ, ШСКГ, МСКГ, АСКГ и др.) как правило содержат 99 мас. % аморфного SiO2, а также могут включать глинозем (до 10 мас. %) в качестве упрочняющей добавки, о чем свидетельствуют исследования состава отработанного силикагеля, представленные в работе [6].

Сиштоф окристаллизован в большей степени, чем МК (из электрофильтров), наблюдаются пики, характерные для кварца низкотемпературной гексагональной модификации, тридимита (одна из полиморфных модификаций кристаллического SiO2), муллита (А|4БЮ9), а также присутствует рентгеноаморфная фаза, наибольшая часть примесей приходится на соединения алюминия - около 3 мас. %.

Таблица 1. Состав силикатных отходов в пересчете на

оксиды соответствующих элементов

Силикатный отход

Состав, мас. % отработанный силикагель* микрокремнезем из рукавных фильтров микрокремнезем из электрофильтров сиштоф

БЮ, 86,40 99,22 95,00 95,40

СаО 0,10 0,26 1,37 0,09

0,13 0,23 1,73 0,31

А1Д 5,20 0,16 0,51 2,85

MgO 0,03 - - -

- - - -

0,05 - 0,75 0,12

0,01 0,05 - 1,04

прочие 8,08 0,08 0,64 0,19

*состав представлен из литературного источника [6]

Микрокремнезем из рукавных фильтров находится преимущественно в виде кристаллического кремния, а из электрофильтров - представляет собой аморфный SiO2 с включениями высокотемпературной полиморфной модификации р-кристобалита, общее содержание примесей Са, Fe, А1, Mg, Na не превышает 4 мас. %.

Разрабатываемая технология получения ванадиевых катализаторов должна предусматривать использование отходов производства - силикагелей, отработанных силикатных осушителей и сорбентов, в том числе и нефтеперерабатывающей промышленности, в которых могут содержаться высокомолекулярные структурные изомеры от гексадекана (С,^ с Ткип = 287 °С) до нонако-зана (С29Н60 с Ткип = 441 °С), производные непредельных циклических, ароматических и бициклических соединений, алкилзамещенные бензола, замещенные фенантре-на или антрацена, а также гетероциклические соединения [6]. В качестве модельного отхода, аналогичного отработанным промышленным силикатным сорбентам, был взят силикагель марки КСКГ (ГОСТ 3956-76), измельчённый в шаровой мельнице в течение 2 ч и пропитанный моторным маслом.

Наличие влаги или органических веществ в сорбенте диктует необходимость проведения предварительной термообработки носителя, поэтому, с целью поиска оптимальных условий, силикагель подвергали регенерации - прокаливали в токе воздуха в течение 5 ч при температурах 250 °С, 700 °С и 900 °С. Нижний температурный предел был обусловлен необходимостью удаления адсорбированной воды, а верхний ограничен температурой начала спекания силикагеля. Степень регенерации оценивали по результатам ИК-спектроскопии, представленным на рис. 2.

В диапазонах спектра поглощения 3000-2840 см-1 находятся С-Н валентные колебания класса алканов или алкильных фрагментов. Деформационные колебания групп СН3, СН2, С=С расположены в диапазоне 13951365 см-1, 1470-1450 см-1, 1780-1610 см-1 соответственно. Группа С-С ароматических соединений находится в диапазоне 1625-1575 см-1, диапазон от 3100-3600 см-1 относится к О-Н группам классов спиртов или фенолов [9]. В низкочастотной области в основном лежат полосы, отвечающие колебаниям валентным колебаниям группы Si - О -связей (1100 - 400 см-1) [10].

Таким образом, на представленных ИК-спектрах отчетливо видно, что при температуре 250 °С органические соединения присутствуют в силикагеле, поэтому данные условия применимы только для удаления физически адсорбированной воды. При этом, как видно из рис. 2,

3650 3350 3050 2750 2450 2150 1850 1550 1250 950 650 350

Волновое число, см -Термообработка при 250 °С---Термообработка при 700 °С

Рис. 2. ИК-спектры поглощения силикагеля, пропитанного моторным маслом и прокаленного при температуре 250 °С и 700 °С

для образцов силикагеля термообработанных при температуре 700 °С и выше, данные рефлексы отсутствуют, что свидетельствует о полном удалении углеводородных соединений.

На втором этапе проводили исследование дисперсности измельченного силикагеля и пылевидных отходов. Результаты представлены на рис. 3 в логарифмических координатах по диаметру частиц ф).

¡\

1 \

1 \

1 1

_.-.-<••••''/'••. i

А " ^ *

\ 1 J \ \ / \ \ \

v/ ___ V ; :

0,1 1 10 100 1000 О, мкм

-----Силикагель КСКГ — • - МК из рукавных фильтров

-МК из электрофильтров .........Сиштоф

Рис. 3. Дифференциальное распределение частиц по размерам силикагеля, микрокремнезема и сиштофа

Размер частиц силикагеля находится в диапазоне от 0,5 до 100 мкм, максимум распределения приходится на частицы размером 9 мкм и 20-60 мкм. Микрокремнезем, отобранный из рукавных фильтров характеризуется крупными размерами частиц 100-600 мкм с пиком в области 150 и 450 мкм, а из электрофильтров размерами 0,5-50 мкм, наибольшее количество приходится на частицы диаметром 5 и 20 мкм. Сиштоф имеет достаточно равномерное распределение частиц 0,5-160 мкм без ярко выраженного максимума. Таким образом, наиболее мелкодисперсным материалом является микрокремнезем, отобранный из электрофильтров, измельченный силика-гель и сиштоф имеют похожий характер распределения, а самые крупные частицы наблюдаются в случае микрокремнезема из рукавных фильтров. Дисперсность в дальнейшем может оказать влияние на текстурные характеристики носителей, а, следовательно, и катализаторов.

Методика синтеза образцов катализаторов Ванадиевые катализаторы содержат оксид ванадия (V), промотированный соединениями щелочных металлов (в основном оксидом калия), и инертный носитель силикатной природы. В условиях катализа образуется активный комплекс ^05^пК^207, который находится в виде расплава, плёнкой покрывающего поверхность пор носителя.

Для получения опытных образцов был выбран ме-

тод механического смешения, реализуемый в промышленном производстве ванадиевых катализаторов марки СВД, который включает измельчение и смешение носителя с оксидом ванадия (V2O5), гидросульфатом калия, пластификатором с последующим формованием путем экструзии в виде цилиндров (диаметр 4 мм, высота 4 мм), и термообработкой: сушка гранул при температуре 120 °С в течение 4 ч, прокаливание при 550 °С в течение 4 ч. Так как активный компонент представляет собой достаточно сложное соединение, то традиционно состав ванадиевых катализаторов приводят в пересчете на оксиды соответствующих элементов (мас. %): силикатный носитель - 70, V2O5 - 8, K2O - 12, SO3 - 10.

Для сравнения синтезированных образцов с существующими промышленными катализаторами в аналогичных условиях был испытан катализатор марки «XLP-110» MECS фирмы Elessent Clean Technologies (США).

Данные об основных характеристиках носителей и катализаторов на их основе представлены в таблице 2.

Таблица 2. Характеристики носителей и катализаторов на их

основе

Носитель Катализатор

№ Название V* см3/г S уд, м2/г V* см3/г S уд, м2/г Прочность, МПа Активность, X % при 485 °С

1 КСКГ-250 0,780 144 0,776 16 0,4 55

2 КСКГ-700 0,780 121 0,760 20 0,4 65

3 КСКГ-900 0,656 81 0,643 27 0,5 50

4 Сиштоф 1,170 70 0,581 3 0,2 47

5 МК из электрофильтра 1,380 33 0,600 8 2,9 85

6 «XLP-110» - - 1,000 6 1,6 65

Удельная поверхность исходного силикагеля КСКГ, составляющая 490 м2/г, при термообработке резко падает. Как видно из таблицы при увеличении температуры прокаливания с 250 °С до 900 °С (образцы 1-3) отмечается уменьшение суммарного объема пор носителя на 16% и снижение удельной поверхности почти в два раза, в то время как у катализаторов, синтезированных на их основе, напротив наблюдается тенденция к ее увеличению с 16 до 27 м2/г. Таким образом, предварительное прокаливание силикагеля позволяет не только удалить адсорбированные вещества, но и стабилизировать структуру носителя, что снижает степень трансформации при проведении его вторичной термообработки с активным компонентом оксидом ванадия (V). Целесообразно прокаливать силикагель при температуре 700 °С, т.к. образец на его основе имеет наибольшую активность, сопоставимую с промышленным катализатором и достаточно высокую удельную поверхность.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Катализатор на сиштофе характеризуется невысоким значением удельной поверхности, прочности и степени превращения диоксида серы. Неблагоприятный эффект на активность может оказывать содержащийся в сиштофе А12О3, приводящий к связыванию калия из расплава активного компонента в алюмокалиевые квасцы и выделению кристаллической фазы V205 [11].

На основе микрокремнезема из рукавных фильтров не удалось сформовать катализатор вследствие недостаточной пластичности пасты, что, вероятно, связано с наличием в его составе металлического кремния (рис. 1) и крупных размером частиц (рис. 3).

При использовании микрокремнезема из электрофильтров достигается наиболее высокая активность и прочность образца, которые превышают аналогичные

характеристики промышленного катализатора.

Прочность образцов на основе силикагеля и сишто-фа оказалась неудовлетворительной, поэтому возникает необходимость применения дополнительных связующих добавок. В состав катализаторов 2 и 4 вводились жидкое стекло или каолин в количестве 5 мас.%. Установлено, что каолин способствует большему упрочнению, чем жидкое стекло, и позволяет увеличить этот показатель до 1,33 и 1,20 мПа, соответственно, однако незначительно снижает активность катализаторов на 4-5%.

Из приведенных исследований можно заключить, что наиболее перспективный материал в качестве носителя - микрокремнезем из электрофильтра, так как катализатор на его основе имеет высокую активность и прочность без введения дополнительных добавок. Таким образом, следующим этапом был анализ влияния режимов термообработки катализатора на его каталитические свойства.

Влияние режима термообработки на характеристики ванадиевых катализаторов на основе микрокремнезема.

Температуру и время термообработки варьировали в диапазоне: 550-750 °С, 2-4 ч. Нижний температурный предел был обусловлен существующей промышленной технологией, верхний предел - началом спекания катализатора под воздействием расплава активного компонента. При повышении температуры прокаливания одновременно снижали время обработки.

Данные о влиянии условий термообработки на каталитическую активность и показатель механической прочности катализатора представлены в таблице 3.

Таблица

3. Влияние условий термообработки на активность и

прочность катализатора

Образец Условия прокаливания Активность, х % Прочность, МПа

Температура, ° Время, ч 420 ° 480 °

МК-1 2 20,0 80 1,2

МК-2 550 3 28,0 84,0 1,5

МК-3 4 30,0 85,0 2,9

МК-4 650 2 22,0 83,0 1,8

МК-5 3 20,0 82,0 2,3

МК-6 750 2 13,0 60,0 0,4

Суммарный объем пор V , см3/г пор' ' Объем пор с радиусом r, см3/г

Образец r>1000 нм 100-1000 нм 10-100 нм r<10 нм

Носитель МК 1,380 0,490 0,520 0,350 0,016

МК-1 0,340 0,040 0,305 0,065 0,021

МК-3 0,540 0,052 0,433 0,405 0,012

МК-6 0,430 0,370 0,008 0,020 0,031

Наибольшую активность во всем температурном диапазоне окисления диоксида серы (Х420 = 28-30%, Х485 = 84-85%) показывают образцы, полученные при температуре прокаливания 550 °С в течение 3-4 ч, что связано с образованием более оптимальной пористой структуры.

Для сравнительной оценки влияния времени и температуры термообработки несколько образцов исследовали методом ртутной порометрии. Результаты представлены в таблице 4 и на рис. 4.

Таблица 4. Пористая структура катализаторов

Микрокремнезем (из электрофильтров) имеет поры в широком диапазоне радиусов примерно от 10 до 5000 нм, незначительный объем приходится лишь на

Рис. 4. Распределение объема пор по размерам

поры 10-25 нм, на остальном участке можно наблюдать их равномерное распределение.

Пористая структура катализаторов, прокаленных при температуре 550 ° характеризуется суммарным объемом пор - 0,43-0,54 см3/г, размер которых варьируется в интервале от 10 до 2500 нм. Доля крупных пор более 1000 нм составляет только 10%, основной объем приходится на поры радиусам от 100 до 1000 нм (70-80%), что, согласно литературным данным, является наиболее оптимальным для сернокислотных катализаторов. Так в патенте, описывающем синтез высокотемпературного ванадиевого катализатора [12] указано, что рациональная величина доли пор каркаса, отвечающих за диффузию при транспортировке реагентов и имеющих радиус 1001000 нм должна составлять до 70%. При значениях более 70% условия транспорта реагентов благоприятны, однако оказывается недостаточно развитой поверхность каркаса катализатора, что приводит к снижению его активности. Доля крупных пор г>1000 нм не должна превышать 50%, так как в противном случае уменьшается прочность катализатора.

Наличие пор менее 100 нм (от 10% до 20% в образцах, прокаленных при 550 ° в течение 2 и 4 ч, соответственно) может положительно сказываться на активности в области низких температур. Вероятно, это связано со стабилизацией расправленного состояния активного компонента в наиболее мелких порах каркаса, затрудняющих процесс кристаллизации оксида ванадия из расплава, о чем свидетельствуют данные, представленные в патентах [13, 14].

При увеличении времени термообработки доля крупных пор более 1000 нм практически не меняется, на 10% возрастает объем пор в диапазоне 100-1000 нм, за счет закономерного снижения доли мелких пор.

При увеличении температуры термообработки до 750 °С объем мелких пор радиусом до 100 нм уменьшается примерно в два раза, практически исчезают поры в интервале радиусов от 100 до 1000 нм, значительно возрастает объем крупных пор г>1000 нм от 10 до 86%. Причем суммарный объем пор этого образца, по сравнению с катализаторами, прокаленными при 550 °С, изменяется незначительно. Следовательно, с увеличением температуры прокаливания происходит перераспределение объема пор по размерам - преобладающий радиус пор увеличивается, исчезают мелкие и образуются крупные поры, падает удельная поверхность и, как следствие, снижается степень превращения БО2. Подобная трансформация

пористом структуры, очевидно, является причинои значительного снижения прочности катализатора, прокаленного при температуре 750 °С - до 0,4 МПа.

Из этого следует, что стандартные условия прокаливания (температура 550 °С, время 4 ч), предусмотренные в технологии промышленного катализатора СВД на природном диатомите, наилучшим образом подходят и при использовании микрокремнезема.

Повышенная прочность образцов на основе микрокремнезема, вероятно, связана с особенностями носителя.

Исследования морфологии катализатора проводили при помощи растрового электронного микроскопа Quanta 600 с энергодисперсионным спектрометром. Проба образца диспергировалась ультразвуком в этиловом спирте и помещалась на медную сетку с углеродном подложкой. Фотографии (рис. 5) показывают, что катализатор представляет собой систему сферических частиц диаметром от 200 до 1200 нм, соединенных между собой отдельной фазой, по данным ЭдС-анализа глобулы состоят из SiO2, а в фазе, распределенной между ними, присутствуют2 все элементы, отвечающие за формирование активного компонента катализатора.

Рис. 5. Электронно-микроскопические фотографии катализатора на основе микрокремнезема

Таким образом, носитель микрокремнезем позволяет создать оптимальную вторичную пористость за счет плотной упаковки частиц сферической формы, которые в процессе синтеза образцов под воздействием эвтектического расплава активных солей и высокой температуры по механизму жидкофазного спекания припекаются друг к другу, обеспечивая повышенную прочность катализатора.

Выводы

В качестве носителя для сернокислотных ванадиевых катализаторов наиболее перспективным сырьем из изученных кремнийсодержащих отходов является микрокремнезем, осаждающийся в электрофильтрах. Образец на его основе имеет активность, большую на 20%, чем у промышленного катализатора марки «XLP-110» MECS при сопоставимых значениях прочности и удельной поверхности.

Очевидно, это обусловлено низким содержанием Al2O3 и оптимальной пористой структурой, а прочность объясняется сферической формой первичных частиц. Микрокремнезем может быть рекомендован для получения катализаторов наиболее простым методом механического смешения с исключением стадии измельчения носителя, что способствует снижению энергозатрат производства в целом.

В то же время при соответствующем совершен-

ствовании рецептуры, введении модифицирующих добавок и необходимых связующих материалов, позволяющих увеличить активность и прочность катализаторов, отработанный силикагель и сиштоф могут рассматриваться в качестве альтернативных носителей, при этом преимущество силикагеля заключается в возможности получения катализаторов со значительно более высокой удельной поверхностью, чем промышленные аналоги.

Работа выполнена в рамках гранта РНФ «Разработка комплекса технологий переработки отходов 3-5 классов опасности с получением полезных продуктов».

Литература

1. Ильгамова, Л.Ф. Методы утилизации нефтесо-держащих сорбентов // Исследования молодых ученых: сборник материалов XXIX Международной научной конференции (г. Казань, декабрь 2021 г.). Казань: Молодой ученый. 2021. С. 7 - 12.

2. Вайтер, В.В. Исследование азотнокислой переработки алюмосиликатов для получения оксида алюминия: дис. ... канд. техн. наук. Екатеринбург, 2004. 146 с.

3. Пак, А.А. Исследование сиштофа как активной минеральной добавки в ячеистом бетоне на техногенном сырье Кольского горнопромышленного комплекса // Строительные материалы. 2018. № 5. С. 11-15.

4. Андреевская, Т.С. Микрокремнезем, механизм его образования и области применения // Роль инновации в трансформации современной науки: сборник статей по итогам Международной научно-практической конференции (Стерлитамак, 22 апреля 2018 г.). Уфа: Общество с ограниченной ответственность «Агентство международных исследований». 2018. С. 9-11.

5. Патент № RU 2625114 Рос. Федерация; Селяев В.П., Седова А.А. Куприяшкина Л.И., Осипов А.К., Селяев П.В. Способ получения тонкодисперсного аморфного микрокремнезема золь-гель методом: заявл. 22.04. 2016: опубл. 11.07.2017. С. 8.

6. Гребенкина, А.В. Использование отработанных силикагелей в качестве вторичного материального ресурса в различных отраслях промышленности // Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства. 2017. С. 708-712.

7. Косулина, Т.П. Исследование твердых отходов нефтегазового комплекса и использование их в качестве BMP. 3. О структуре загрязнений и классе опасности отработанного силикагеля - отхода газопереработки // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2009. № 2. С. 33-38.

8. Минниязова, А.А. Вторичное использование отработанного сорбента - силикагеля // Современная наука: актуальные вопросы и перспективы развития: материалы Международной (заочной) научно-практической конференции (г. София, Болгария, 25 декабря 2019 г). София: Научно-издательский центр «Мир науки», Издателска Къща «СОРоС». 2019. С. 74-78.

9. Тарасевич, Б.Н. ИК спектры основных классов органических соединений: справочные материалы. Москва: МГУ, 2015. 55 с.

10. Шишелова, Т.И. Практикум по спектроскопии. Вода в минералах: учебное пособие. Москва: Академия Естествознания, 2010. 88 с.

11. Боресков, Г.К. Катализ в производстве серной кислоты. Москва: Госхимиздат, 1954. 348 с.

12. Патент № RU 2162367C1 Рос. Федерация; Ма-наева Л.Н., Малкиман В.И. Катализатор конверсии SO2 в SO3: заявл. 13.04. 2000: опубл. 27.01.2001. 9 с.

13. Патент № RU 2242280 Рос. Федерация; Мана-ева Л.Н., Малкиман В.И. Катализатор конверсии SO2 в SO3: заявл. 22.07.2003: опубл. 20.12.2004. 6 с.

14. Патент № KZ 170069 Казахстан; Манаева Л.Н., Малкиман В.И. Катализатор конверсии SO2 в SO3: заявл. 08.09.2004: опубл. 15.03.2006. 6 с.

References

1. Il'gamova, L.F. Metody utilizacii neftesoderzhashchih sorbentov // Issledovaniya molodyh uchenyh: sbornik materialov XXIX Mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii (g. Kazan', dekabr' 2021 g.). Kazan': Molodoj uchenyj. 2021. pp. 7 - 12.

2. Vajter, V.V. Issledovanie azotnokisloj pererabotki alyumosilikatov dlya polucheniya oksida alyuminiya: dis. ... kand. tekhn. nauk. Ekaterinburg, 2004. 146 p.

3. Pak, A.A. Issledovanie sishtofa kak aktivnoj mineral'noj dobavki v yacheistom betone na tekhnogennom syr'e Kol'skogo gornopromyshlennogo kompleksa // Stroitel'nye materialy. 2018. № 5. Pp. 11-15. Rus.

4. Andreevskaya, T.S. Mikrokremnezem, mekhanizm ego obrazovaniya i oblasti primeneniya // Rol' innovacii v transformacii sovremennoj nauki: sbornik statej po itogam Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (Sterlitamak, 22 aprelya 2018 g.). Ufa: Obshchestvo s ogranichennoj otvetstvennost' «Agentstvo mezhdunarodnyh issledovanij». 2018. Pp. 9-11.

5. Patent № RU 2625114 Ros. Federaciya; Selyaev V.P., Sedova A.A. Kupriyashkina L.I., Osipov A.K., Selyaev P.V. Sposob polucheniya tonkodispersnogo amorfnogo mikrokremnezema zol'-gel' metodom: zayavl. 22.04. 2016: opubl. 11.07.2017. S. 8.

6. Grebenkina, A.V. Ispol'zovanie otrabotannyh silikagelej v kachestve vtorichnogo material'nogo resursa v razlichnyh otraslyah promyshlennosti // Problemy rekul'tivacii

othodov byta, promyshlennogo i sel'skohozyajstvennogo proizvodstva. 2017. Pp. 708-712. Rus.

7. Kosulina, T.P. Issledovanie tverdyh othodov neftegazovogo kompleksa i ispol'zovanie ih v kachestve BMP. 3. O strukture zagryaznenij i klasse opasnosti otrabotannogo silikagelya - othoda gazopererabotki // Zashchita okruzhayushchej sredy v neftegazovom komplekse. 2009. № 2. Pp. 33-38. Rus.

8. Minniyazova, A.A. Vtorichnoe ispol'zovanie otrabotannogo sorbenta - silikagelya // Sovremennaya nauka: aktual'nye voprosy i perspektivy razvitiya: materialy Mezhdunarodnoj (zaochnoj) nauchno-prakticheskoj konferencii (g. Sofiya, Bolgariya, 25 dekabrya 2019 g). Sofiya: Nauchno-izdatel'skij centr «Mir nauki», Izdatelska K"shcha «SORoS». 2019. pp. 74-78.

9. Tarasevich, B.N. IK spektry osnovnyh klassov organicheskih soedinenij: spravochnye materialy. Moskva: MGU, 2015. 55 p.

10. Shishelova, T.I. Praktikum po spektroskopii. Voda v mineralah: uchebnoe posobie. Moskva: Akademiya Estestvoznaniya, 2010. 88 p.

11. Boreskov, G.K. Kataliz v proizvodstve sernoj kisloty. Moskva: Goskhimizdat, 1954. 348 p.

12. Patent № RU 2162367C1 Ros. Federaciya; Manaeva L.N., Malkiman V.I. Katalizator konversii SO2 v SO3: zayavl. 13.04. 2000: opubl. 27.01.2001. S. 9.

13. Patent № RU 2242280 Ros. Federaciya; Manaeva L.N., Malkiman V.I. Katalizator konversii SO2 v SO3: zayavl. 22.07.2003: opubl. 20.12.2004. S. 6.

14. Patent № KZ 170069 Kazahstan; Manaeva L.N., Malkiman V.I. Katalizator konversii SO2 v SO3: zayavl. 08.09.2004: opubl. 15.03.2006. S. 6.

Сведения об авторах

Постнов Аркадий Юрьевич, канд. техн. наук, заведующий кафедрой общей химической технологии и катализа Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета); Arkady Y. Postnov, Ph.D (Eng.), Head of the Department of General Chemical Technology and Catalysis, St. Petersburg State Institute of Technology, Postnov_AT@ technolog.edu.ru

Лаврищева Светлана Алексеевна, канд. техн. наук, доцент кафедры общей химической технологии и катализа Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета); Svetlana A. Lavrishcheva, Ph.D (Eng.), Associate Professor of the Department of General Chemical Technology and Catalysis, St. Petersburg State Institute of Technology, lavrischeva_sa@technolog.edu.ru

Копьлова Ольга Игоревна, аспирантка кафедры общей химической технологии и катализа Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета); Olga I. Kopylova, postgraduate student of the Department of General Chemical Technology and Catalysis, St. Petersburg State Institute of Technology, okopylova106m@mso365.technolog. edu.ru

Александрова Юлия Владимировна, канд. техн. наук, доцент кафедры общей химической технологии и катализа Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета); Julia V. Alexandrova, Ph.D (Eng.), Associate Professor of the Department of General Chemical Technology and Catalysis, St. Petersburg State Institute of Technology, aleksandrova_jv@technolog.edu.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.