Қазақстан Республикасының білім жəне ғылым министрлігі
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
жүктеу/скачать 31,15 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
- Синтез и испытание лабораторных и полноразмерных катализаторов на металлических блочных носителях для обезвреживания выбросных газов
- Л.Р.Сасыкова 1,2
- Өнеркәсіптік және автокөліктік қалдықтық газдарды залалсыздандыруға арналған металл блоктық тасымалдауыштардағы лабораториялық және
- Synthesis and testing of laboratory and full-size catalysts on the metal block carriers for neutralization of waste gases of industry and motor transport
- Эксперимент
- Рисунок 3
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
178 В течение ряда лет он был членом редколлегии республиканского журнала «Білім және еңбек». Б.А. Беремжанов являлся постоянным редактором материалов, организуемых по его инициативе конференций, симпозиумов, ответственным редактором двух журналов: «Прикладная и теоретическая химия» (1969г)., «Сборник работ по химии (1970г)., членом редколлегии журнала «Химия и химическая технология» (1967г). Беремжанов Б.А. был наставником и идейным вдохновителем научного роста и совершенствования исследовательской практик академиков , научных деятелей Национальной Инженерной Академии РК. Академия основана в ноябре 1991 г. как Казахское отделение Инженернои академии СССР, которое с обретением Казахстаном государственного суверенитета было реорганизовано в Национальную инженерную академию Республики Казахстан. Национальная инженерная академия РК активно участвует в развитии международных связей, интеграции науки страны в мировое научно- технологическое пространство. НИА РК – член Федерации инженерных институтов Исламских стран (штаб-квартира в Джидде, Саудовская Аравия), Международной инженерной академии В 2011-2013 годы. Национальной инженерной академии РК выпала высокая честь возглавить Федерацию инженерных институтов исламских стран. НИА РК сотрудничает с Европейским союзом инженерных академии , в котором официально представляет инженерные академии региона. С 1999 г. Академия принята ассоциированным членом САЕТS – Всемирного совета академии инженерных и технологических наук (США), имеет научные контакты с UNIDO – комиссией ООН по развитию. Под руководством Б.А. Беремжанова и его друга и соратника Х.Д. Мулдагалиева также было начато новое направление на кафедре физико-химии экстракционных процессов неорганических соединений. В качестве научного консультанта по этой теме Батырбек Ахметович сумел привлечь академика А.В. Николаева – директора Института неорганической химии г. Новосибирска, крупного специалиста по химии экстракционных процессов. Научные работы, впервые начатые на кафедре неорганической химии А.Б. Бектуровым и Х.Д. Мулдагалиевым, как изучение коэффициентов распределения фосфорной кислоты, переросли за эти годы в фундаментальные исследования экстракционно-сорбционной технологии очистки неорганических солей и кислот с использованием органических жидких и легкоплавких растворителей. По этому направлению защищено 2-е докторских и 16 кандидатских диссертаций. Доктор технических наук, профессор, академик Академии наук международной высшей школы Акылбаев Жамбыл Саулебекович определил в итоге своей работы над написанием монографии «Новые оптические методы исследования тепломассопереноса», что применение в задачах гидроаэродинамики фотохромной визуализации имеет большую перспективу. Образование фотохрома сопровождается появлением в растворе люминесцирующих пространственно-временных структур (ПВС), которые формируются в том числе и из-за влияния естественной конвекции в растворе. По своей природе новый фотохром принципиально отличается от известных к настоящему времени соединений, так как одна молекула фотохрома образуется по меньшей мере из двух молекул антрахинона. Это приводит к сильной зависимости вероятности его образования от скорости перемещения слоев раствора друг относительно друга. Представляется перспективным использование нового фотохромного соединения и самих ПВС для визуального и точного количественного измерения ряда характеристик медленных течений. В книге достаточно подробно изложены диссипативные структуры в органических красителях, люминесцирующие пространственно-временные структуры в спиртовых растворах антрахинона с теоретическими и экспериментальными предпосылками, расчетами и анализом исследуемого явления. Схожим проблемам теории и практики современной физики и интегративным процессам физических и химических методов в естествознании также посвящена его диссертационная работа на соискание ученой
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
179 степени доктора технических наук «Исследование гидроаэродинамики и теплообмена тел в потоках конечных размеров», выполненная и представленная защите в 1996 году, Акылбаев Ж.С. за научно-исследовательскую работу и научное открытие в области физики тепловых процессов, основания физических и химических современных технологий награжден орденом «Академика Капицы С.П.», советского нобелевского лауреата в области физики, лучшего ректора десятилетия, ректора КаргУ им. Е.А. Букетова с 1991 -2004 год - ушедшего из жизни через три года в 2007 году. С 2001 года на физическом факультете КарГУ им. Е.А. Букетова проводится научно-практическая и исследовательская работа по физическим наукам, технике и техническим наукам, химико-техническим направлениям по реализации новшеств в области физики. Например, РАЕН была присвоена грамота в сфере научных открытий «Открытие Нобель» физике молодому ученому из числа ППС факультета. Королевская шведская академия наук 05.10.2016г в Стокгольме присудила Нобелевскую премию по химии за 2016 год ученым из Франции, Шотландии и Нидерландов. Француз Жан-Пьер Саваж (Jean-Pierre Sauvage), американец сэр Джеймс Фрезер Стоддарт (Fraser Stoddart) и голландец Бернард Лукас Феринга (Bernard L. Feringa) удостоены Нобелевской премии по химии за 2016 года за «за разработку и синтез молекулярных машин». По сути ученых наградили за исследования в области нанотехнологий Жан-Пьеру Соважу, Фрейзеру Стоддарту и Бернарду Феринге за работы по проектированию и синтезу «молекулярных машин». Нобелевские лауреаты создали молекулярные механизмы, которые могут совершать направленные движения и тем самым действовать как настоящие машины, отмечается в пресс-релизе Нобелевского комитета. Создание молекул с управляемыми движениями, которые могут выполнять задачи при добавлении энергии, позволило спроектировать молекулярный лифт, искусственные мышцы и микроскопические моторы. Лауреаты Нобелевской премии по химии 2016 г. изменили состояние молекулярных систем из сбалансированного статичного в способное генерировать управляемое движение. Пока развитие технологии молекулярного двигателя находится еще на начальном этапе, но уже сейчас ученые считают, что такие двигатели можно будет использовать в разработке новых материалов, датчиков и систем хранения энергии. Церемония награждения пройдет по традиции 10 декабря, в день кончины основателя Нобелевских премий — шведского предпринимателя и изобретателя Альфреда Нобеля (1833-1896), 120-летия со дня его смерти.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
180 УДК 541.128, 547.261, 665.612.3, 662.767, 66.023:088.8, 66.093.673
1,2 , А.М.Налибаева 1* , Ш.А.Гильмундинов 1 1 АО «Институт топлива, катализа и электрохимии им.Д.В.Сокольского», Алматы, Казахстан 2 Казахский Национальный Университет им.аль-Фараби, Алматы, Казахстан Синтез и испытание лабораторных и полноразмерных катализаторов на металлических блочных носителях для обезвреживания выбросных газов промышленности и автотранспорта *e-mail: aray77@mail.ru
Приготовлены и испытаны лабораторные и полноразмерные образцы катализаторов на металлических носителях для обезвреживания токсичных газов промышленности и автотранспорта. В качестве вторичного носителя использовали оксид алюминия с добавкой цеолита или Ce 4+ , Ti 4+ , Zr
4+ , La
3+ , Fe
3+ , в качестве активной фазы-соединения на основе Mn, Ni, Co, Fe и металлов платиновой группы. Степень превращения NO x
достигала 80,5-100%, углеводородов- от 70 до 100%. В большинстве случаев была достигнута полная конверсия CO. Изучена активность полноразмерных образцов катализаторов на основе платины на стенде на основе дизель-генератора.Степень превращения CO-99,6%, углеводородов-80,7%, оксидов азота - 44,4%. Ключевые слова: экология, катализаторы, токсичные газы, автотранспорт, промышленность, блочные носители
, А.М.Налибаева 1*
1
1 «Д. В. Сокольский атындағы жанармай, катализ және электрохимия институты» АҚ, Алматы, Қазақстан 2 Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті, Алматы, Қазақстан *e-mail: aray77@mail.ru
арналған металл блоктық тасымалдауыштардағы лабораториялық және толықөлшемдік катализаторлардың синтезі мен сынақтамалары Өнеркәсіптік және автокөліктік қалдықтық газдарды залалсыздандыруға арналған металл блоктық тасымалдауыштардағы лабораториялық және толықөлшемдік катализаторлары дайындалды және сынақталды. Екінші ретті тасымалдауыш ретінде цеолит қоспасымен алюминий оксиді немесе Ce4+, Ti4+, Zr4+, La3+, Fe3+, ал активті фаза ретінде - Mn, Ni, Co, Fe негізіндегі қоспалары және платина группасындағы металдар. Айналу дәрежесі NOx 80,5-100% дейін жетіп, көмірсутектерде 70%-дан 100% құрады. Көп жағдайда CO-ның толық конверсиясы қол жеткізілді. Толықөлшемдік платина, стенд және дизель-генаратор негізіндегі катализаторлардың активтілігі зерттелді. Айналу дәреже CO- 99,6%, көмірсутектер- 80,7%, оксидов азота - 44,4%-ды құрады. Түйін сөздер: экология, катализаторлар, улы газдар, автокөлік, өнеркәсіп, блоктық тасымалдауыштар
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
181 L.R.Sassykova 1,2 , A.Nalibayeva 1* , Sh.A.Gil'mundinov 1 1 JCC «D.V.Sokol’skii Institute of Fuels, Catalysis & Electrochemistry», Almaty, Kazakhstan 2 al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan *e-mail: aray77@mail.ru
neutralization of waste gases of industry and motor transport
The laboratory and full-size examples of catalysts on metal carriers for neutralization of toxic gases of the industry and motor transport are prepared and tested.As the secondary carrier were used alumina or zeolite with the addition of Ce 4+ , Ti
4+ , Zr
4+ , La
3+ , Fe
3+ , as the active phase - the compounds onbase of Mn, Ni, Co, Fe and metals of platinum group. NO x conversion degree was equal to 80.5-100%, hydrocarbons - from 70 to 100%. The complete conversion of CO was in most cases reached.The activity of the full-size samples of catalysts based on platinumat the stand on the basis of the diesel generator is studied. Degree of conversion of CO-99.6 of %, hydrocarbons - 80.7%, nitrogen oxides - 44.4%. Keywords: ecology, catalysts, toxic gases, motor transport, industry, block carriers
Введение
Наиболее эффективный метод снижения вредных выбросов автотранспорта и промышленности до существующих международных норм - это использование эффективных каталитических систем [1-4]. Металлические блоки- предпочтительные носители катализаторов, применяемых при глубоком каталитическом окислении органических веществ до углекислого газа и воды для обезвреживания выбросов промышленности и автотранспорта. Наиболее распространенными сегодня являются трехкомпонентные катализаторы на основе платины, палладия и родия, нанесенные на керамические или металлические блоки, покрытые слоем оксида алюминия. Сравнительно высокая стоимость этих металлов и их низкая стабильность к каталитическим ядам вызывают необходимость проведения научных исследований и испытаний катализаторов, оптимальных как с экономической, так и с технологической точек зрения по составу и методу синтеза
нейтрализаторов выбросов промышленности и автотранспорта.Перспективным направлением в этой связи является синтез катализаторов со пониженным содержанием благородных металлов за счет добавления на компонентов на основе оксидов неблагородных металлов [5-7]. Целью работы являлась разработка эффективных каталитических систем для нейтрализации токсичных выбросов промышленности и автотранспорта, приготовление лабораторных и полноразмерных образцов катализаторов на блочных металлических носителях и испытание их эффективности в модельных процессах и в условиях реальной эксплуатации.
В работе готовились катализаторы на основе металлов платиновой группы с добавками неблагородных металлов по разработанной ранее методике [8, 9].Активная фаза катализаторов наносилась на металлические блочные носители с сотовой структурой каналов. В качестве вторичного носителя использовали оксид алюминия с добавкой цеолита и оксид алюминия, модифицированный добавками Ce 4+ , Ti
4+ , Zr
4+ , La
3+ , Fe
3+ . Для
приготовления растворов активных компонентов катализаторов применяли оксиды Mn, Ni, Co, Fe, полученные из формиатов и ацетатов. Для повышения активности платиновых катализаторов в реакции окисления СО, углеводородов и разложения оксидов азота платиновые металлы переводились в коллоидное состояние. Были синтезированы ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
182 наноразмерные частицы платины (что подтверждается результатами ЭМ-исследования) путем восстановления водородом в водном растворе, содержащем платинохлористоводородную и лимонную кислоты. В качестве стабилизатора коллоидных частиц платины использовали изопропиловый спирт.Также при синтезе катализаторов на основе платины и палладия в качестве активных компонентов катализаторов использовались ацетаты Pt и Pd и их π-комплексы. Растворы ацетата палладия готовили путем растворения Pd в уксусной кислоте, содержащей 3% HNO 3 .Для повышения термической устойчивости катализаторы модифицировали добавками второго металла и оксидами тугоплавких металлов.
На рис.1 представлены лабораторные и полноразмерные образцы нейтрализаторов, соответственно. Газовая смесь готовилась путем подачи в смеситель углеводородов из баллона и сжатого воздуха из линиии анализировалась с помощью ГЖХ и на газоанализаторе ОПТОГАЗ до и после проведения реакции. Использовали хроматографы «Кристалл 2000М» и Chrom3700 с пламенно-ионизационным детектором. Время анализа-20-30 мин. Перед испытанием образец катализатора выдерживали в реакторе в течение 30 мин. в потоке реакционной смеси при 773 K. После этого температуру газа снижали до заданных значений и определяли степень превращения NO, CO и углеводородов. Фиксировали также возможное образование CO в ходе реакции. Характеристикой активности катализатора служила степень превращения ( ) исходного реагента (углеводороды, оксид углерода, оксид азота), определяемая по формуле: = С исх -С кон С исх 100 %,
где С исх
и С кон
-исходная и конечная концентрация реагента в объеме пробы.
а б а- Лабораторные образцы нейтрализаторов, б- Полноразмерные каталитические нейтрализаторы Рисунок 1- Катализаторы на металлических блочных носителях
Для испытания лабораторных образцов катализаторов использовалась проточная каталитическая установка с трубчатым реактором интегрального типа (рис.2). Был также изготовлен стенд на основе дизель-генератора для испытания полноразмерных образцов нейтрализаторов на
реальных выхлопных газах (рис.3).Нагрузочным устройством служили реостаты. Пробы до и после катализатора отбирались на всех режимах работы дизельного двигателя (от холостого хода до 4 Ква) непосредственно из выхлопного патрубка газоанализатором «ОПТОГАЗ-500.3». Исследования проводили в диапазоне нагрузок от 0 до 4 Ква. Температуру в зоне работы катализатора определяли с помощью хромель-алюмелевой термопары и КСП-3.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
183
1- Газовый баллон; 2- Манометр; 3- Вентиль тонкого регулирования; 4-Ротаметр; 5- Кран; 6- Смеситель; 7- Система обогрева; 8- Катализатор; 9- Термопара; 10- Отборники проб до и после катализатора; 11 – ИРТ.
1- Дизель генератор; 2- выхлопная труба; 3- Каталитический реактор; 4- Образец катализатора; 5- газоотводный зонд; 6,7 – вентили отбора проб до и после катализатора; 8 – газоанализатор.
При испытании лабораторных образцовв реакции окисления CO, C 3 H 8 и восстановления NO x установлено, что активность палладиевого катализатора на основе π- аллильных комплексов в реакции окисления CO практически не зависит от концентрации металла и составляет порядка 90-100% в изученном интервале температур. Эффективность Pd катализатора в реакции полного окисления C 3 H 8 при низких температурах (623-473 K) значительно ниже, чем Pt катализатора (95-100%), и составляет 78-90%. Более высокая активность Pt-катализатора в реакции восстановления NO x , по
сравнению с Pd катализатором, наблюдается при содержании Pt, равном 0,1% и T=773 K. Изучена термостабильностьPt и Pd катализаторов путем выдержки катализатора с интервалом 5 ч. при Т=773 K в реакционной газовой смеси с содержанием 0,5% пропан- бутана с последующим анализом продуктов реакции. Общее время исследований составило 100 ч. Наиболее стабильными оказались катализаторы, полученные из ацетатов Pt, менее стабильными - на основе Pd. Нанесение вторичного оксидного покрытия на металлические блоки сотовой структуры, как правило, позволяет получать носители с развитой удельной поверхностью и пористой ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
184 структурой [10, 11].В настоящей работе приготовлены и исследованы в реакции NO x
3 H 6 +O 2 Pd-Mo-катализаторы на носителе Al 2 O 3 , модифицированном добавками Ce 4+ , Ti 4+ , Zr 4+ , La
3+ , Fe
3+ . Активность Pd-Mo катализаторов увеличивается при модифицировании носителя катионами Ce 4+ , Zr 4+ . Изучен ряд оксидных катализаторов с различающимися составами вторичного носителя ( -Al 2 O 3 , -Al 2 O 3 +TiO 2 ) и составом активного вещества (Co+Mn, Fe+Mn), промотированного и не промотированного платиной.Введение во вторичный носитель оксида титана значительно увеличивает степень восстановления оксидов азота с помощью пропилена на обоих составах оксидных катализаторов во всем интервале исследуемых температур (423-773K), промотирование платиной улучшает восстановительную способность кобальт-марганцевого катализатора на Al 2 O 3 только при температуре выше 673 K. На титан-содержащем образце в присутствии платины степень превращения NO снижается.
Степень превращения NO x в изученных условиях на синтезированных одно- и двух- компонентных системах достигала 80,5-100%, углеводородов- от 70 до 100%. В большинстве случаев была достигнута полная конверсия CO.
Изучена активность полноразмерных образцов катализаторов на металлических блочных носителях на стенде на основе дизель-генератора(рис.3) мощностью 4 Ква. Блочные катализаторы на металлическом носителе имели следующие габариты: диаметр - 30 мм, высота 90 мм, объем 63,4 мм 3 . В Таблице представлены результаты испытаний полноразмерного блочного катализатора в бифункциональном режиме при различных нагрузках эксплуатации двигателя. Катализатор, содержащий 0,1 % Pt, эффективен уже при 540 K, при этом степень превращения CO-99,6%, углеводородов-80,7%, оксидов азота - 44,4%. С увеличением мощности двигателя до 3-4 Ква наблюдается высокая активность по NO x (61,1-61,9%). жүктеу/скачать 31,15 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|