НОСИТЕЛЬ МЕМБРАННОГО КАТАЛИЗАТОРА

Полезная модель относится к созданию катализаторов, а именно носителей катализаторов на основе оксида алюминия, которые могут быть использованы в качестве подложки для носителей катализаторов, применяемых в различных химических реакциях.
Важное значение в каталитических системах играет носитель активного вещества. Носитель должен обеспечить сохранение каталитических свойств катализатора в условиях высоких температур, предохранять его от воздействия каталитических ядов, создать требуемую форму, гранулометрический состав и необходимую прочность, обеспечивать доступность активных металлов для молекул сырья. Материал носителя должен обеспечивать равномерное распределение активных металлов в порах катализатора и интенсивному протеканию массо- и теплообменных процессов, существенно влияя на термическую стабильность катализатора.
Наиболее часто в качестве носителя используют оксид алюминия, что обусловлено его термической стабильностью, относительной легкостью получения и доступностью сырья [1].
В литературе последних лет все большее внимание уделяется каталитическим мембранам, представляющим из себя подложку, обеспечивающую механическую прочность, и функциональные слои (каталитический и (или) селективный) [2-4]. Для получения мембранных катализаторов в качестве подложек используют микрофильтрационные мембраны, однако их характеристики (низкая удельная прочность и незначительный объем пор) не позволяют создать требуемое содержание и распределение катализатора [4].
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является носитель катализатора, который содержит относительно крупные частицы α-оксида алюминия, диспергированные в матрице, которая включает в себя α-оксид алюминия, образованный (на месте) золь-гель процессом [5].
Носитель прототип содержит два компонента a-оксида алюминия в виде смеси частиц с большим и меньшим размером при весовом содержании от 10:90 до 90:10.
Недостатками прототипа являются недостаточно высокая пористость, малая развитость поверхности реакционной зоны, что приводит к снижению разделительной способности и невозможности равномерного и контролируемого распределения прекурсора (катализатора).
Задача, которую решает предполагаемая полезная модель, заключается в обеспечении требуемого уровня массообменных процессов и контролируемого распределения прекурсора, обеспечивающего сохранение каталитических свойств.
Поставленная техническая задача решается тем, что в носителе, включающем крупные и мелкие частицы α-оксида алюминия имеются наноразмерные частицы γ-оксида алюминия, расположенные в виде включений на поверхности крупнодисперсных частиц и смеси с мелкодисперсными частицами, расположенных послойно. При этом достигается равномерное распределение прекурсора катализатора по глубине подложки с плотным их слоем на внешней стороне.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена структура заявляемого носителя мембранного катализатора. На фиг. 2 изображена схема CVD-установки проточно-циркуляционного типа, включающей мембранный катализатор с заявляемым носителем.
Носитель мембранного катализатора состоит из алюмооксидного материала, имеющего композиционную слоистую структуру из крупных частиц γ-оксида алюминия (1), с внедренными на их поверхности частицами у-оксида алюминия (2) и смеси ультрадисперсных частиц а-оксида алюминия и у-оксида алюминия (позиция 3). Реакционное пространство в отличие от известных слоистых катализаторов находится со стороны крупнопористого слоя.
Преимущества заявляемого носителя мембранного катализатора (4) фиг. 2 проявляются в ходе химического осаждения из газовой фазы в CVD-установке проточно-циркуляционного типа (5), подсоединенной к обогреваемому циркуляционному контуру (6). Направление циркуляции газового потока показано стрелками (7). Газ подается и выводится через штуцера 8 - (ввод) и 9 -(вывод). Осаждение осуществляется в среде различных газов-носителей и при различных температурах. В качестве инертного газа-носителя использовали азот, а окислительного воздух.
Распределение частиц прекурсоров-катализаторов по внутренней и внешней поверхностям подложки определяли методами энергодисперсионного анализа и электронной микроскопии. Установлено, что частицы катализатора проникают в поры на глубину до 100 мкм. Поровые характеристики композиционных мембран - удельную поверхность и объем мезопор определяли методом низкотемпературной адсорбции азота.
у
2
3
Использование заявляемого носителя позволяет за счет изменения условий осаждения получать композиционные мембраны со слоями оксидов различного фазового состава (аморфных MoO, кристаллических MoO, MoO) с требуемым распределением оксидов по глубине подложек. Доказана возможность равномерного распределения прекурсоров по порам заявляемого носителя и создания плотных слоев на поверхности, что является определяющим в случае получения мембранных катализаторов с высокой термической стабильностью [6].
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Дзисько В.А. Основы методов приготовления катализаторов. - Новосибирск, Наука, 1983 г.
2. Носитель катализатора мембранный [электронный ресурс]. - Режим доступа - http://www.lomonosov-msu.m/archive/lomonosov2009/26.pdf. Дата доступа 29.11.2013 г.
3. 3. Bobrov V.S., Digurov N.G., Skudin V.V. Propane dehydrogenation using catalytic membrane. Journal of mtmbrane Science, 2005, 253, p. 233-242.
4. Григорян Э.Ф., Мержанов А.Г. Катализаторы XXI века. Наука-производству 1988, №3, с. 30-40.
5. Патент США №2115469 B01J 12/04, B01J 37/00. Заявитель Нортон кемикал процесс продактс корпорейшн, опубл. 20.07.1998 г. (прототип).
6. Скудин В.В. Получение композиционных мембран со слоем материала и массивного катализатора. - Мембраны и мембранные технологии, 2012. - т. 2, №4. - с. 303-317.