Адсорбционные и каталитические свойства γ-Al 2 o 3, модифицированного наночастицами золота и оксида церия

1. 
   Бакинский филиал МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет.
   
2. 
   Химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет
   

Основным промышленным процессом крупнотоннажного производства легких ненасыщенных соединений, таких как этилен, пропилен, бутены, и различных ароматических соединений (бензол, толуол, ксилолы) является пиролиз бензиновых фракций нефти и сжиженных углеводородных газов, при термических превращениях, которых наряду с олефинами в небольших количествах образуются ацетиленовые и диеновые углеводороды. Наличие их в качестве примесей осложняет дальнейшее использование олефинов для процессов полимеризации. Так как, ацетиленовые углеводороды отравляют катализаторы полимеризации этилена. В связи с этим одной из важнейших задач при подготовке сырья для получения различных полимеров является гидрирование диеновых и ацетиленовых углеводородов до алкенов. В промышленности для селективного гидрирования используются катализаторы на основе благородных металлов. Цена таких катализаторов долгое время была высока из-за значительного содержания металла (1-5%). Поэтому активно разрабатываются гетерогенные катализаторы, содержащие незначительные количества благородных металлов (0,1-1%) в форме наночастиц. Кроме того, необходимым компонентом таких каталитических систем является оксид церия.

Цель работы заключалась в исследовании методом динамической сорбции адсорбционных свойств нанокомпозита состава Au(1%)-CeO_x(0,71%)/Al₂O₃. В качестве адсорбатов были использованы н-алканы (C₆-C₈), взаимодействующие неспецифически (дисперсионно) с любой поверхностью, бензол, толуол и этилбензол, моделирующие специфические взаимодействия, а также хлороформ и диэтиловый эфир, модельные адсорбаты с ярко выраженными электроноакцепторными и электронодонорными свойствами соответственно.

Из экспериментальных данных (удельные удерживаемые объемы V_g’) по методу Глюкауфа рассчитаны изотермы адсорбции при различных температурах (в интервале 100-170°С) и, используя модель Фрейндлиха - изостерические теплоты адсорбции при различных заполнениях поверхности. С ростом температуры удерживание сорбатов понижалось, что свидетельствует о физическом характере адсорбции. Все изотермы изогнуты к оси адсорбции, что говорит о более сильном взаимодействии адсорбат–адсорбент, чем адсорбат–адсорбат.

Из изотерм адсорбции н-гексана при 100 °С по уравнению БЭТ рассчитали удельные поверхности s, м²/г. Обнаружено, что модифицирование поверхности исходного γ-Al₂O₃ наночастицами привело к значительному (на 26%) уменьшению величины s.

Значения изостерических теплот адсорбции н-гексана при величине заполнения поверхности а=0,35 мкмоль/м² на исходном γ-Al₂O₃ равно 35 кДж/моль, а на композите Au(1%)-CeO_x(0,71%)/γ-Al₂O₃ – 45 кДж/моль. Теплоты адсорбции бензола и толуола увеличились с 54 до 57 и с 62 до 65 кДж/моль соответственно. Все это свидетельствует о значительном росте адсорбционного потенциала композита, достигнутом благодаря иммобилизации наночастиц Au на поверхности γ-Al₂O₃.