Модифицирование поверхности высокопористых проницаемых ячеистых носителей катализатора (ВПЯН) активной подложкой из углеродных нанотрубок

Библиографические ссылки

1. Сульман Э.М. Селективное гидрирование ненасыщенных кетонов и ацетиленовых спиртов //Успехи химии, 1994. Т. 63, №11. С. 981-987

2. Козлов А.И. Блочные ячеистые катализаторы в жидкофазных процессах восстановления и нитрования ароматических соединений Дисс. на соискание уч.ст.д.т.н. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2006. 348 С.

УДК 542.291.4

В.В. Игнатенкова, A.B. Беспалов, Ю.В. Гаврилов, В.Н. Грунский, A.C. Новоселов

Российский Химико-Технологический Университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ВЫСОКОПОРИСТЫХ ПРОНИЦАЕМЫХ ЯЧЕИСТЫХ НОСИТЕЛЕЙ КАТАЛИЗАТОРА (ВПЯН) АКТИВНОЙ ПОДЛОЖКОЙ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Разработана методика синтеза высокопористого проницаемого ячеистого корундового катализатора с активной подложкой из углеродных нанотрубок.

The method of synthesis of hi-porous block cellular ceramic catalyst with active layer formed by carbon nanotubes is worked out.

Блочные высокопористые ячеистые катализаторы в настоящее время находят широкое применение в жидкофазных процессах [1-4]. В качестве первичного структурообразующего каркаса для их синтеза применяют высокопористые проницаемые ячеистые материалы (ВПЯМ) на основе корунда, изготовленные методом шликерного литья в неактивную форму [5]. Получаемые ВПЯМ имеют низкую удельную поверхность (SYr4=0,5.. .2,0 м2/г), поэтому для использования в роле носителей катализатора требуется их модификация активными подложками [4, 6]. Активными подложками являются вещества, имеющие высокую удельную поверхность и способные, при нанесении на корундовый каркас, развивать его поверхность.

Предлагается в качестве активной подложки использовать углеродные нанотрубки [7].

Разработана методика модифицирования поверхности высокопористых проницаемых ячеистых корундовых материалов углеродными нанотрубками.

Углеродные трубки синтезировали на поверхности образцов двух типов:

• крупноячеистый = 3,0 мм) высотой 50 мм, диаметром 50 мм, пороз-ность 0,85 для использования в качестве носителя катализатора,

• мелкоячеистый (0я = 0,5.1 мм) высотой 10 мм, диаметром 50 мм, пороз-ность 0,78.0,82 для использования в качестве фильтра радиоактивных частиц.

Углеродные нанотрубки на поверхности корундового каркаса синтезируют методом каталитического пиролиза метана или пропан-бутановой смеси. В отличие от других методов синтеза углеродных нанотрубок данный метод воспроизводится в промышленных условиях. В качестве катализаторов роста углеродных нанотрубок используют оксиды кобальта и железа по-

лифункционального действия: они являются и катализаторами роста углеродных нанотрубок и могут служить в качестве катализаторов для других каталитических процессов, например, как составляющие катализатора вос-становлениянитросоединений.

На корундовые образцы наносили катализаторы роста углеродных нанотрубок. Блоки пропитывали водным раствором нитратов кобальта и железа под вакуумом 200-300 Па при температуре 25°С три раза со сбросом вакуума между пропитками. Затем образцы прокаливали при 400.. .500 °С в течение 30 минут. В этом интервале температур нитраты металлов переходят в оксиды. Можно предположить, что при нанесении катализатора роста углеродных нанотрубок на корундовый каркас, зерна оксидов металлов закрепляются во впадинах поверхности корундового каркаса [8]. После нанесения катализатора роста корундовые образцы нагревали в токе пропан-бутановой смеси (60 см3/мин) до t = 700°С и выдерживали определенное время (максимально - 60 минут), затем охлаждали до комнатной температуры.

Диаметр получаемых нанотрубок в значительной степени зависит от размера частиц катализатора и приблизительно равен ему. Для процесса декомпозиции метана на кобальтовом катализаторе, предпочтительным является диаметр частиц катализатора от 10до 30 нм [9, 10].

В результате получали высокопористые проницаемые ячеистые корундовые носители с активной подложкой из углеродных нанотрубок.

Микрофотографии поверхности корундового образца, модифицированного активной подложкой из углеродных нанотрубок, полученные на приборе Philips XL30ESEM, приведены на рис. 1.

Рис. 1. Структура поверхности корундового образца с нанесенными углеродными на-

нотрубками

Катализаторы (палладийсодержащие) на основе данных носителей рекомендуется применять для процесса жидкофазного восстановления ТНБА (тринитробензоанилида) водородом.

Библиографические ссылки

1. Жилин В.Ф, Збарский В.Л., Козлов А.И. Восстановление ароматических нитросоединений: Учеб. пособие. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2004. 92с.

2. Козлов А.И. Блочные ячеистые катализаторы в жидкофазных процессах восстановления и нитрования ароматических соединений: Дис. на соискание уч. ст. доктора техн. наук, РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, 2006.

3. Татаринова И.Н. Блочный высокопористый ячеистый палладийсо-держащий катализатор для жидкофазного каталитического процесса: дис.на соискание уч. ст.к.т.н. М., РХТУ им.Д .И.Менделеева, 2008. 175с.

4. Грунский В.Н. Малообъемные блочные каталитические системы ячеистой структуры с развитой регулируемой внешней поверхностью. Дисс. докт. техн. наук. М. : РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2009. 329 с.

5. Анциферов В.Н. Проблемы порошкового материаловедения. 4.II. Высокопористые проницаемые материалы/В.Н. Анциферов, А.М. Беклемышев, В.Г. Гилев, С.Е. Порозова, Г.П. Швейкин. - Екатеринбург: УрО РАН, 2002. -262 с.

6. Козлов И.А., Кузнецов Л.И., Грунский В.Н., Беспалов А.В., Новоселов А.С., Козлов А.И. Восстановление паранитротолуола на блочных ячеистых палладиевых катализаторах с различными подложками// Успехи в химии и химической технологии. Сб. трудов. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2009. Т. 23. N2. с. 74-77

7. Игнатенкова, А.В. Беспалов, Ю.В. Гаврилов, В.Н. Грунский. Модификация поверхности корундового носителя углеродными нанотрубками //Успехи в химии и химической технологии. Сборник науч. трудов. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева. -2010- Т.ХХ1У.

8. Игнатенкова, А.В. Беспалов, Ю.В. Гаврилов, В.Н. Грунский. Состояние внешней поверхности блочных носителей// Успехи в химии и химической технологии. Сборник науч. трудов. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева. -2010- Т.ХХ1У.

9. Liyan Yu, Lina Sui, Yong Qin, Zuolin Cui. Low-temperature synthesis of carbon nanofibers by ecomposition of acetylene with a catalyst derived from cu-pric nitrate// Chemical Engineering Journal. 2008. N144. P. 514-517.

10. S. Takenaka, M. Ishida, M. Serizawa, E. Tanabe, K. Otsuka. Formation of Carbon Nanofibers and Carbon Nanotubes through Methane Decomposition over Supported Cobalt Catalysts/ J. Phys. Chem. B. 2004. N108. P. 11464-11472.