На главную

 
Аспирантура
Книги и пособия
Кафедра катализа и адсорбции
Кафедра физической химии
Версия для печати | Главная > Образование > Кафедра катализа и адсорбции > Научные основы приготовления катализаторов > Программа курса

1. Организационно-методический раздел.

Переход к элементу

Свернуть/Развернуть


2. Содержание дисциплины

Переход к разделу

4.1. Новизна курса

Курс “Научные основы приготовления катализаторов” является оригинальным и нигде в России не читается. Технологические вопросы приготовления катализаторов освещаются в специальном курсе “Технология катализаторов” в ЛТУ (Санкт-Петербург), а также в курсах ОХТ, ТНВ, ТООС и др., читаемых в химико-технологических университетах России. Информации о чтении подобных курсов за рубежом нет. В переработанную программу курса внесены разделы, посвященные приготовлению катализаторов на основе современных методов синтеза наночастиц и наноматериалов.

4.2. Тематический план курса (распределение часов по видам учебной работы)

Наименование разделов и тем
Количество часов
Лекции
Семинары
Лаборат. раб.
Самост. Работа
Всего часов
1. Цели и задачи научных основ приготовления. Основные характеристики катализаторов.
6
-
-
-
6
2.Основные этапы, методы и стадии приготовления катализаторов.
2
-
-
-
2
3. Основные понятия коллоидной химии.
-
4 (коллоквиум)
-
6
10
4. Подготовка и синтез исходных веществ.
4
2
-
-
6
5. Носители. Роль носителей в катализаторах.
5
4
-
-
8
6. Получение катализаторов методами осаждения.
8
6
-
-
14
7. Термическая обработка катализаторов.
4
2
-
-
6
8. Получение катализаторов методом механического смешения.
2
2
-
-
4
9. Физико-химические основы приготовления катализаторов методом нанесения.
8
6
-
-
14
10. Новые нетрадиционные методы приготовления катализаторов.
-
6
-
4
10
11. Методы грануляции катализаторных масс.
1
-
-
2
4
12. Оборудование для приготовления катализаторов.
-
4
-
-
4
13. Написание рефератов.
-
-
-
18
28
Итого по курсу.
40
36
 
30
106

4.3. Содержание курса лекций ( 40 часов).

Лекция 1. Цели и задачи научных основ приготовления катализаторов.

  • Положения Г.К. Борескова о химической природе катализа.
  • Основные проблемы катализа.
  • История развития научных основ приготовления.
  • Классификация катализаторов.
  • Основные промышленные катализаторы.
  • Цели и задачи научных основ приготовления и технологии катализаторов.
  • Связь курса с другими дисциплинами.

Лекция 2 -3. Основные характеристики катализаторов и их зависимость от условий приготовления.

  • Удельная каталитическая активность однофазных и многофазных катализаторов.
  • Селективность.
  • Текстурные характеристики катализаторов.
  • Оптимальная пористая структура.
  • Основные механизмы изменения удельной поверхности и пористости.
  • Механическая прочность катализаторов.
  • Термическая стабильность.
  • Текстурные и структурные промоторы.
  • Оптимальные гидродинамические характеристики катализаторов.

Лекция 4. Основные этапы и методы приготовления катализаторов.

Лекция 5. Подготовка и синтез исходных веществ для приготовления катализаторов.

  • Требования к исходному сырью.
  • Растворы. Состояние ионов в растворах и его влияние на свойства катализаторов.
  • Золи как исходные вещества для синтеза различных катализаторов и носителей. Свойства и факторы, определяющие стабильность золей оксидов и гидроксидов. Методы получения золей гидроксидов и оксидов. Применение и получение золей металлов

Лекция 6 – 7. Носители.

  • Роль носителей в катализаторах.
  • Физико-химические свойства основных синтетических и природных носителей.
  • Оксид кремния (силикагель).
  • Оксиды алюминия.
  • Диоксид титана.
  • Оксид магния.
  • Диоксид циркония.
  • Многокомпонентные носители.
  • Блочные носители сотовой структуры.
  • Углеродные носители: активные угли, Сибунит, углерод - минеральные носители, каталитический волокнистый (нитевидный) углерод.

Лекция 8. Получение катализаторов методами осаждения.

  • Технологические аспекты метода. Основные стадии метода осаждения.
  • Основные параметры и факторы осаждения.
  • Осаждение в периодическом и непрерывном режимах.
  • Механизмы формирования гидроксидов.
  • Стадийная схема коллоидно-химическом осаждения.

Лекция 9.

  • Физико-химические аспекты золь-гель метода осаждения.
  • Старение осадков под маточным раствором.
  • Классификация осадков по способности к кристаллизации при старении.
  • Основы классической теории кристаллизации.
  • Уравнение Гиббса-Томпсона-Оствальда.

Лекция 10.

  • Формирование аморфных и труднокристаллизующих гидроксидов.
  • Особенности формирования текстуры силикагеля при получении по золь - гель технологии и через каогель.
  • Закономерности формирования фазового состава и текстуры гидратированных оксидов IV группы.
  • Формирование легкокристаллизующихся гидроксидов.

Лекция 11.

  • Теория кристаллизации малорастворимых гидроксидов по механизму ориентированного наращивания.
  • Основные положения теории.
  • Практическое применение теории на примере гидроксидов Al(III), Fe(III), Cr(III).

Лекция 12.

  • Получение многокомпонентных катализаторов методом соосаждения.
  • Классификация уровней взаимодействия гидроксидов при соосаждении.
  • Особенности старения бинарных осадков.
  • Особенности золь-гель химии при синтезе бинарных систем.
  • Основные понятия о синтезе цеолитов.

Лекция 13.

  • Термическая обработка катализаторов.
  • Закономерности формирования фазового состава и текстуры при термическом разложении солей и гидроксидов.
  • Физико-химические основы метода термохимической активации кристаллических соединений.
  • Спекание пористых тел.
  • Полиморфные превращения.
  • Твердофазные реакции.
  • Механизмы твердофазного взаимодействия оксидов.
  • Факторы, определяющие глубину твердофазного взаимодействия.
  • Влияние глубины взаимодействия компонентов на стадиях синтеза предшественников на направление и последовательность твердофазных превращений при прокаливании.
  • Восстановление катализаторов.

Лекция 14.

  • Получение катализаторов методом механического смешения. Основные технологические стадии метода.
  • Факторы, влияющие на глубину взаимодействия компонентов в катализаторах, полученных методом смешения.
  • Способы интенсификации процессов взаимодействия компонентов при смешении.
  • Смешение в присутствии жидкой фазы.
  • Использование метода механохимической активации для приготовления многокомпонентных катализаторов и носителей.

Лекция 15 .

  • Физико-химические основы приготовления катализаторов методом нанесения. Технологические аспекты метода. Основные технологические стадии.
  • Способы нанесения веществ из растворов и газовой фазы.
  • Диффузионная и капиллярная пропитка.
  • Общие представления о процессах, протекающих при формировании нанесенных катализаторов.
  • Пропиточные и сорбционные катализаторы.
  • Уравнение материального баланса процесса адсорбционной пропитки.
  • Особенности формирования пропиточных катализаторов. Однократная и многократная пропитка.

Лекция 16 .

  • Механизмы закрепления предшественников активного компонента на поверхности носителей.
  • Химия поверхности оксидных и углеродных носителей.
  • Механизмы катионного и анионного обмена, лигандного замещения и обмена.
  • Основные положения теории электростатической адсорбции ионов из водных растворов.
  • Распределение активного компонента в нанесенных катализаторах.
  • Типы распределения.
  • Физико-химические подходы к регулированию распределения активного компонента в катализаторах сорбционного типа.

Лекция 17.

  • Современные тенденции в развитии методов нанесения.
  • Метод “deposition – precipitation”,
  • одностадийный золь – гель метод,
  • метод совместного гелеобразования.

Лекция 18.

  • Особенности физико-химических процессов, протекающих в процессе термообработки нанесенных катализаторов.
  • Факторы, определяющие дисперсное состояние нанесенных компонентов.
  • Механизмы спекания нанесенных дисперсных частиц.

Лекция 19.

  • Приготовление нанесенных многокомпонентных катализаторов.
  • Процессы, протекающие при совместном и последовательном нанесении компонентов.
  • Синтез через биядерные гетероатомные комплексы.
  • Природа активных компонентов в нанесенных биметаллических катализаторах.
  • Факторы, определяющие процессы формирования нанесенных сплавов.

Лекция 20. Нетрадиционные подходы к приготовлению катализаторов с применением современных нанотехнологий.

4.4. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы.

4.4.1. Примеры контрольных вопросов

  1. Какие свойства системы "носитель - наносимое вещество" необходимо знать, чтобы, не проводя специальных экспериментов, предсказать, будете ли данное вещество адсорбироваться на поверхности оксидного носителя из водного раствора или нет?
  2. Приведите известные Вам классификации гидроксидов, основанные на кинетическом и химическом принципе.
  3. Основным дискуссионным вопросом в описании механизма кристаллизации гидроксидов является вопрос о протекании кристаллизации либо по механизму ориентированного наращивания, либо через стадию растворения осадка. Приведите самые важные экспериментальные результаты, которые, по Вашему мнению, могут свидетельствовать в пользу того или другого механизма.
  4. На чем основано принципиальное различие в проведении процесса формирования гидроксидов по золь-гель методу и традиционному осаждению через коагель.
  5. Приведите известные классификации гидроксидов, основанные на кинетическом и химическом принципе.
  6. Укажите несколько очень важных физико-химических законов или реакций (если возможно, то дайте математическое выражение), с помощью которых возможно описать механизм формирования различных катализаторов (нанесенных и массивных, оксидных и металлических) на различных стадиях их получения (золеобразование, кристаллизация осадков, спекания частиц и т.д.). Законы типа закона всемирного тяготения не приводить.
  7. Проведите сравнение свойств основных синтетических носителей.
  8. На чем основано принципиальное различие в проведении процесса формирования гидроксидов по золь-гель методу и традиционному осаждению через коагель.
  9. С чем связан повышенный интерес в последние годы к приготовлению различных катализаторов по золь-гель методу?
  10. В чем причина существенного уменьшения скорости кристаллизации гидроксида магния, получаемого по золь-ге?
  11. На каких стадиях необходимо регулировать удельную поверхность оксидов алюминия, получаемых соответственно из байерита и псевдобемита?.
  12. Сформулируйте условия получения адсорбционного платинового катализатора на оксиде алюминия, имеющего различные типы распределения активного металла по зерну носителя.

4.5. Примерная тематика рефератов.

  • Влияние условий и метода приготовления на формирования нанесенных бикомпонентных сульфидных катализаторов гидрообессеривания;
  • Физико-химические основы приготовления селективных сорбентов воды на основе пористых матриц, пропитанных неорганическими солями;
  • Основные подходы к синтезу мемопористых мезофазных материалов и катализаторов на их основе;
  • Приготовление блочных (монолитных) носителей и катализаторов на их основе;
  • Физико-химические закономерности приготовления дисперсных бинарных систем на основе диоксида титана;
  • Физико-химические основы синтеза катализаторов на основе палладия, нанесенного на различные носители (ионный обмен, нанесение из золей и полиядерных гидроксокомплексов);
  • Современные нанотехнологии получения каталитических материалов на основе дисперсного алюминия;
  • Современные методы приготовления катализаторов на основе стекловолокнистых носителей;
  • Основные закономерности формировании цеолитов;
  • Синтез нанодисперсных оксидов магния и кальция с помощью золь-гель метода;
  • Основы формирования многокомпонентных катализаторов процессов селективного окисления углеводородов;
  • Нанесенные металлоценовые катализаторы;
  • Методы приготовления катализаторов на основе металлов группы Iб: массивные и нанесенные системы

3. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Переход к элементу

Свернуть/Развернуть



Copyright © catalysis.ru 2005-2023
Политика конфиденциальности в отношении обработки персональных данных