Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow Адсорбенты и носители катализаторов. Научные основы регулирования пористой структуры

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Предисловие

Пористая структура адсорбентов и катализаторов, химическая природа и величина удельной поверхности несут основную ответственность за результативность адсорбционных и каталитических процессов.

Данные характеристики твердых тел, в равной степени, как и лекарства в медицине, предназначены и обеспечивают конкретное решение задач, связанных с очисткой веществ, рекуперации газовых смесей, очисткой газов, а также в катализе.

Из этого далеко не полного перечня использования адсорбентов следует, что для решения той или иной практической адсорбционной или каталитической задачи требуются пористые материалы с различной структурой и химической природой поверхности, так как указанные параметры лежат в основе реализуемых адсорбционных и каталитических процессов. Вот почему изучение поверхности и структуры твердых тел имеет большую научную и техническую значимость. Величина поверхности и ее качественные способности важны для области катализа, хроматографии, коллоидной химии и многих других разделов физики, химии и биологии. Иначе говоря, пористость, природа и величина удельной поверхности твердых тел - основные факторы, определяющие их назначение и результативность практического использования.

Поэтому при синтезе адсорбентов и катализаторов главное внимание должно быть направлено на развитие указанных параметров, получаемых образцов, а также на разработку методов регулирования их структуры в заданном направлении.

Данная область исследований, на наш взгляд, имеет приоритетное значение и представляет одно из главных звеньев, лежащих в основе синтеза, очистки и выделения синтетических углеводородов, получаемых путем сжижения углей и других органических материалов. Эта проблема при истощении природных углеводородов и увеличения их стоимости в скором будущем станет перед многими странами.

В связи с этим указанные процессы займут одно из наиболее важных

направлении в химической промышленности.

Наряду с этим следует отметить, что в настоящее время нет надежных методов синтеза однороднопористых, мезопористых и бипористых адсорбентов и катализаторов, практическое использование которых, как известно, во много раз предпочтительнее, чем твердых тел с неупорядоченной пористой структурой, используемых в настоящее время. Так, например, однозначно установлено, что для медленных реакций наиболее выгодна мелкопористая структура катализатора, для быстрых реакций -структура с порами, диаметр которых равен средней длине свободного пробега молекул, для быстрых реакций, протекающих при атмосферном давлении, особенно эффективна бидисперсная структура с крупными порами диаметром ~10"3, для процессов, протекающих в области внутренней диффузии, переход от монодисперсной структуры к бидисперсной дает увеличение активности катализатора в 3-7 раз.

Следует отметить, что адсорбция и катализ тесно переплетаются между собой. Так, действие твердых катализаторов неразрывно связано с их способностью адсорбировать реагирующие вещества. Требования, предъявляемые к адсорбентам и катализаторам, часто совпадают. Нередко одни и те же вещества могут быть адсорбентами, катализаторами или носителями каталитически активных веществ. Поэтому эти два направления обобщаются единой идеей, а соответственно, и единой методикой их исследования. При этом особую актуальность, как мы уже отмечали, приобретает разработка эффективных, простых и надежных методов их синтеза и выявления закономерностей формирования их пористой структуры. Эти вопросы - основа использования пористых твердых тел в разнообразных сорбционных процессах, связанных с осушкой газов, требующей мелкопористых адсорбентов, очисткой масел, требующей крупнопористых поглотителей и т.д. Правильный подбор пористой структуры адсорбентов -залог успеха и эффективности очистки вещества.

При этом существенно сокращаются потери целевого продукта с отработанным адсорбентом, так как сорбционная емкость хорошо подобранного пористого материала обеспечивает высокую эффективность очистки, что связано с тем, что внутренний объем сорбента заполнен удаляемым продуктом, а не очищаемым компонентом.

Пористость адсорбента и распределение пор по размерам, наряду с химической природой его поверхности, - один из главных структурных параметров для успешного решения любой адсорбционной задачи.

Это основополагающие факторы, которые следует учитывать при подборе соответствующего метода и условий синтеза адсорбентов, обеспечивающих указанные требования.

Настоящая монография, как и предыдущие, посвящена решению данной проблемы, разработке научных основ формирования пористой структуры адсорбентов и катализаторов. В данном направлении в мировой практике проделана колоссальная работа и накоплен большой экспериментальный материал, который до настоящего времени не полностью систематизирован. К сожалению, и наше исследование не решает озвученную задачу. Оно посвящено разработке новых методов регулирования структуры получаемых пористых тел с привлечением разнообразных формователей структуры, которые практически никогда не использовались для этих целей.

В первой главе настоящей монографии изложены методы расчета пористой структуры и удельной поверхности пористых материалов, представляемых частицами различной формы и их упаковки. Внесены изменения в структурную классификацию пористых тел и расчет их удельной поверхности по методу БЭТ, который при наличии в структуре пористого материала пор, соизмеримых с размером молекул адсорбата, дает заниженные величины удельной поверхности.

Вторая глава посвящена изучению влияния напряженности магнитного поля на формирование пористой структуры твердых тел из солевых растворов, содержащих парамагнитные и диамагнитные ионы. Определены причины влияния этих ионов на формирование пористости образцов.

В третьей главе впервые рассмотрены новые методы синтеза адсорбентов и катализаторов монопористой, двух- и трехпористой структуры, установлена зависимость структуры пористого тела от исходной концентрации солевого раствора, концентрации осадителя и условий осаждения гидроксидов. Рассмотрен механизм структурообразования и характер распределения объема пор по эффективным радиусам.

Содержание четвертой главы посвящено вопросам регулирования пористой структуры твердых тел в присутствии солей одновалентных щелочных металлов, обладающих как укрепляющим, так и разрушающим действием на микроструктуру растворов (вода).

Помимо этого, читатель познакомится с методом формирования пористой структуры гидроксидов металлов, основанном на изменении диэлектрической постоянной солевого раствора.

Пятая глава посвящена формированию структуры гидроксидов в зависимости от температуры их сушки. Рассмотрен механизм их структурообразования на различных этапах удаления влаги. И, наконец, шестая глава содержит результаты темплатного и других методов регулирования структуры синтезируемых пористых тел.

Настоящая книга посвящена работам, которые в последнее время, наряду с совершенствованием свойств известных адсорбентов, направлены на создание новых пористых материалов и разработку новых методов их синтеза. Значительное применение нашли бипористые катализаторы, а соответственно и методы их получения. Помимо этого, данная книга содержит новый материал, который позволит существенно расширить возможности синтеза адсорбентов и катализаторов с заранее заданной структурой. А главное - она указывает новые пути их дальнейшего развития.

Авторы считают своим приятным долгом выразить благодарность сотрудникам лаборатории адсорбентов и адсорбционных процессов ИОНХ НАН Беларуси, принимавших участие в совместных исследованиях.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>