ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АДСОРБЕНТОВ И НОСИТЕЛЕЙ КАТАЛИЗАТОРОВ И СПОСОБЫ ИХ ОПТИМИЗАЦИИ

Прежде всего при подготовке адсорбента, носителя катализатора к работе следует учитывать целый ряд их характеристик, которые тесно связаны между собой. В связи с этим при синтезе адсорбентов или катализаторов часто возникает необходимость в пренебрежении одной из характеристик, чтобы достичь оптимального значения другой.

Иначе говоря, создание адсорбента или катализатора с заданными свойствами постоянно вынуждает нас искать компромиссное решение между их физическими и химическими свойствами.

В первую очередь, при производстве адсорбентов и носителей катализатора следует обратить внимание на их прочность, которая должна противостоять току газа или жидкости, а также любым вибрациям и смещениям, возникающим при движении потока.

Иными словами, плотность адсорбента или носителя должна соответствовать условиям проведения процесса.

Помимо прочности, не менее важной характеристикой адсорбента, катализатора и носителя является величина удельной поверхности, которая ответственна за эффективность и избирательность сорбции, а также является одной из важнейших характеристик катализатора.

Наряду с этим следует отметить, что когда поверхность пористого тела велика, то пора имеет малый диаметр. Отсюда очевидно, что при сорбции крупных молекул большая часть пор будет исключена из сорбционного процесса. Аналогичная картина имеет место и в случае носителей катализаторов, где часть мелких пор будет заполнена и заблокирована катализатором.

Отсюда очевидно, что в данном случае более желателен носитель с меньшей удельной поверхностью, т.е. с порами большего размера.

Одной из главных характеристик как адсорбентов, так и катализаторов является общий объем пор, имеющий огромное значение, поскольку определяет размер доступной поверхности как для молекул адсорбирующегося вещества, так и для реагирующих молекул при протекании каталитических реакций.

Вероятно, что оптимизация свойств адсорбентов и катализаторов учитывается в последнюю очередь, хотя эта характеристика оказывает столь сильное влияние на упомянутые выше процессы.

Для общей оценки пористости чрезвычайно важным является распределение объема пор по размерам. В ряде случаев необходимо наличие больших пор, иногда, напротив, совсем маленьких.

Но, вероятно, в большинстве случаев желательно наличие и тех, и других, причем в таком соотношении, чтобы основная часть поверхности и объема пор приходилась на долю мелких пор, обеспечивающих высокую удельную поверхность.

Распределение пор по размерам - специфическая характеристика адсорбентов и носителей катализаторов. Если пористое тело используется в виде крупных гранул или шариков, то распределение пор должно быть таким, чтобы имелись крупные сквозные поры, обеспечивающие свободный доступ молекул жидкости или газов к более мелким порам, в которых в основном происходит адсорбция веществ или их каталитические превращения.

С другой стороны, если частицы малы, как это бывает в условиях взвешенного слоя, поры могут быть однородными, сравнительно небольшими, поскольку необходимость в больших проходных порах отпадает из-за того, что в данной системе реагенты имеют свободный доступ на всю глубину зерна твердого тела.

Разумеется, что указанные характеристики адсорбентов, катализаторов и носителей должны сочетать в себе все эти качества, чтобы обладать оптимальными свойствами при решении как адсорбционных, так и каталитических задач. В связи с этим необходима разработка методов синтеза пористых тел с заранее заданной пористой структурой.

Взаимосвязь между рассмотренными свойствами адсорбентов и катализаторов находится в строгой зависимости между отдельными их показателями. Так, например, с увеличением механической прочности размер и объем пор уменьшается. И наоборот, когда объем пор стремится к одновременному максимуму, с увеличением их размера, прочность твердого тела уменьшается.

При этом изменение удельной поверхности происходит в обратном направлении: у мелкопористых образцов она выше, чем в крупнопористых.

Среди рассмотренных физических характеристик адсорбентов и катализаторов не меньшую роль играет размер и форма их частиц, обеспечивающие массоперенос реагентов с увеличением размера реагирующей поверхности и т.д.

Рассмотренные физические характеристики пористых тел и их влияние на адсорбционные и каталитические свойства неразрывно связаны с вопросами регулирования их при синтезе пористых твердых тел.

Это один из основных вопросов, которому посвящено большое количество исследований и по которому получен ряд положительных результатов, направленных на регулирование пористой структуры как адсорбента, так и носителей катализатора.

Необходимость регулирования физических характеристик пористых тел обусловлена многими причинами: достижением необходимой их активности, требуемой физической прочности или необходимой устойчивости по отношению к термической или химической дезактивации, получением максимальной эффективности или селективности при осуществлении адсорбционных или каталитических процессов.

Так, например, изменяя пористую структуру носителя, т.е. увеличивая размер его пор, можно избежать закоксовывания катализатора, являющегося причиной его дезактивации. При этом достаточно часто разрушение мелких пор при термической обработке происходит уже на этапе отжига нежелательных каталитических центов, который проводится для исключения синтеза побочных продуктов.

В настоящее время известен ряд эффективных методов синтеза пористых тел с заданной структурой, удельной поверхностью, поэтому здесь мы отметим, что методы регулирования объема пор и поверхности имеют много общего.

Как правило, объем пор, с некоторыми вариациями, регулируют теми же методами, что и величину удельной поверхности. Чаще всего для этой цели используется введение на этапе синтеза различного рода экстрагирующих или термически разлагаемых добавок.

Поры заданного размера можно получить и путем спекания гранулированных керамических материалов, например, плавленого оксида алюминия, плавленого кварца, шуннита или других алюмосиликатов.

Итак, синтез пористых тел с заданными структурными параметрами, несмотря на большое число известных способов регулирования их структуры, нуждается в разработке принципиально новых методов получения.

Однороднопористые, двух- и трехпористые твердые тела, как показали исследования, весьма эффективны в каталитических процессах, протекающих в кинетической области. Помимо этого, синтез однороднопористых адсорбентов с определенным размером пор (чего невозможно достичь современным методом осаждения гидроксидов) откроет путь к более эффективному их использованию при осушке газов, рекуперации, сорбционной очистке веществ и т.д. Поэтому разработка новых методов синтеза гидроксидов откроет путь к получению пористых тел с заранее заданной структурой и более широким диапазоном адсорбционных и каталитических свойств.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >