Синтез и исследование Mn-Zr катализаторов для процессов очистки отходящих газов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

9

С lb 6 X И в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. No 11 (116)

УДК 66.097.5

12 2 А.А.Кудрявцев ' , М.А.Круглова

1 Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковск, Россия

2 ООО "НИАП-КАТАЛИЗАТОР", Новомосковск, Россия

СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ Mn-Zr КАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ.

Mn-Zr catalysts for various processes were synthesized and their complex physical and chemical investigation was carried out. Phase transformations have been studied at various temperatures of calcination. It has been established that Mn-Zr oxide catalysts show high activity in the process of cleaning exhaust gases from organic compounds.

Синтезированы Mn-Zr катализаторы применяемые для различных процессов и проведено их комплексное физико-химическое исследование. Изучены фазовые превращения при различных температурах прокаливания. Установлено, что Mn-Zr оксидные катализаторы проявляют высокую активность в процессе очистки выбросных газов от органических соединений.

В последние годы все большее внимание уделяется проблемам экологии. Важная задача состоит в сокращении вредных выбросов в окружающую среду. Одним из решений данной проблемы является использование катализаторов для обезвреживания и нейтрализации вредных веществ в выбросных газах. Наиболее широкое применение в процессах очистки выбросных газов получили катализаторы на основе Pt и Pd. Однако, они обладают высокой стоимостью. Альтернативой применению катализаторов, содержащих металлы платиновой группы, является применение катализаторов на основе переходных металлов, в том числе Мп. В настоящее время для очистки выбросных газов в промышленности используются марганецсодержащие катализаторы. Однако они обладают недостаточной термостабильностью. В качестве стабилизирующего компонента было предложено использовать Zr-содержащие соединения.

Были синтезированы Mn-Zr и Mn-Zr-Al оксидные катализаторы и проведено комплексное физико-химическое исследование. Для сравнения был взят промышленный марганецсодержащий катализатор марки ГТТ, применяемый для очистки от органических примесей.

Синтезированные образцы были прокалены при различных температурах. Рентгенофазовый анализ прокаленных образцов показал, что при температуре 400°С образцы представлены в основном рентгеноаморфной фазой, а так же оксидами марганца МпОг и М113О4 (табл.1). Образцы, прокаленные при 600°С, характеризовались наличием фазы оксида марганца в степени окисления (+3), причем эта фаза сохранялась вплоть до температуры прокаливания 800°С. По данным дифференциально-термического анализа в интервале температур от 500°С до 570°С наблюдается эндоэффект свидетельствующий об образовании фазы М112О3.

Следует отметить, что в прокаленных при 400°С образцах рентгенографически не регистрируются окристаллизованные фазы, относящиеся к соединениями циркония. Появление окристаллизованной фазы Z1O2 наблюдалось лишь после прокаливания при 600°С. При этом диоксид циркония представлен в виде тетрагональной фазы, что для Zr02, полученного из ин-

С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. N011 (116)

дивидуально осажденного гидратированного оксида циркония не свойственно - при столь высоких температурах прокаливания он характеризуется наличием, в основном, моноклинной фазы 2г02. Подобное явление стабилизации аморфной, а затем низкотемпературной тетрагональной фазы Zr02 может объясняться включением в его структуру катионов других металлов -марганца и алюминия.

Табл. 1. Фазовый состав образцов при различных температурах прокаливания

Образец Элементный состав Фазовый состав образцов, прокаленных при температуре

400°С 600°С 800°С

М2-1 гг-Мп р/а 2г0?т 2г0?/м1, 2г02т

М2А-1 гг-Мп-А1 р/а, у-А120з р/а, у-А120з У-А120з

М2-2 гг-Мп р/а, Мп02 Мп203 2г0?/м1, МгъОз. 2Г02(Т)

М2А-2 гг-Мп-А! р/а, Мп304, Мп02, у-А1203 р/а. Мп203, у-А120з Мп20з, гго?.т. У-А120з

Можно предположить, что наиболее оптимальной температурой прокаливания является 550-600°С, при которой образуется оксид марганца (Ш), который связывают с высокой активностью в процессах очистки от органических примесей

Табл. 2. Удельная поверхность катализаторов

Образец Буд, м2/г

400°С 600°С 800°С

М2-1 210 151 4

М2А-1 243 222 130

М2-2 215 140 12

М2А-2 216 175 84

ГТТ 110 55 11

Прокаленные образцы обладают высокой удельной поверхностью, которая для прокаленных при 400°С образцов составляет 210-240 м2/г, в то время как поверхность промышленного катализатора марки ГТТ прокаленного при 400°С составляет 110 м2/г (см. табл. 2), причем при прокаливании при более высоких температурах (600°С) поверхность марганеццирконие-вых оксидных образцов остается достаточно высокой.

Синтезированные Мп-2г каталитические системы были испытаны в процессе очистки газов от примесей органических соединений (бензол). Показано, что активность приготовленных образцов не уступает, а в ряде случаев и превосходит активность промышленного катализатора ГТТ (рис. 1) и

С 1Ь б X М в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. N811 (116)

после перегрева в 650°С активность полученных катализаторов остается на том же уровне, что свидетельствует о высокой термостабильности полученных систем (рис.2).

Интересно отметить что ряд образцов прокаленных при 600°С проявляет более высокую активность, чем образцы прокаленные при 400°С или 800°С, т.е. имеет место термоактивация катализаторов при 550-600°С, что может быть связано с образованием и стабилизацией оксида марганца (III).

--»—ГОЦМ-1 ГОЦМ-2 —ГОЦАМ-1 —■— ГОЦАМ-2-ГП

Рис. 1. Зависимость степени превращения от температуры до перегрева

Рис. 2. Зависимость степени превращения от температуры после перегрева 650°С

Также были проведены испытания в процессе очистки углекислого газа от горючих примесей. По предварительным данным можно сказать, что данные катализаторы работают в том же температурном диапазоне, что и промышленный катализатор марки ГТТ.

Библиографические ссылки

1. Роде ЕЯ. Кислородные соединения марганца. Искусственные соединения, минералы и руды. М.: Издательство АН СССР, 1952. 398с.