Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Получение углеродных наноразмерных продуктов

Разработана технологическая документация на производство углеродных наноразмерных продуктов (УНП), а также катализаторов для их получения. Выпущены регламенты на процесс синтеза никельсодержащих катализаторов и на технологию получения четырех базовых типов углеродных продуктов (УНП). Определены условия получения УНП с максимальной селективностью по заданному морфологическому типу (80-90%).

Разработана технологическая документация (регламенты) на производство УНП с коаксильно-цилиндрической морфологией и кристаллографией, а также катализаторов на основе Co-Mo-Fe-Al.

Технология производства углеродных наноразмерных продуктов (УНП) создана на основе нового типа вращающегося горизонтального реактора с движущимся слоем катализатора.

Созданные пилотные установки позволяют получить до 200 кг продукта в год и являются рабочим прототипом для проектирования более производительных установок.

чл.-корр. РАН Р.А. Буянов

Роль анион-радикалов О^– в изотопном обмене О₂ на поверхности FeZSM-5

Анион-радикалы кислорода О^– играют важную роль в различных физико-химических процессах, включая процессы на поверхности твердых тел, где их поведение особенно трудно поддается изучению. В данной работе в широкой области температур (198-513 К) впервые детально изучена роль радикалов О^–, адсорбированных на поверхности цеолита FeZSM-5, в реакции изотопного обмена О₂. Благодаря большой концентрации О^– (в данной системе они называются α-кислородом, О _α), которая на несколько порядков превышает их концентрацию на других системах, удалось надежно установить два механизма обмена, R_o и R₁, протекающих в присутствии О_α).

Механизм R₁ (E = 3,5 ккал/моль) доминирует в области повышенных температур и, аналогично обмену О₂ на V₂O₅/SiO₂ (Казанский и соавт.), может быть представлен в виде следующего уравнения:

Обмен R_o (E = 0,2 ккал/моль) представляет собой новый канал реакции, который в присутствии α-кислорода открывается в области криогенных температур и приводит к перераспределению изотопов только между молекулами О₂ газовой фазы, не затрагивая изотопный состав О_α. Механизм этого обмена менее ясен. Необходимость присутствия О_α без его непосредственного участия в обмене кажется весьма удивительной. Реакция может протекать через гипотетический комплекс [O^-₅]_α , в котором происходит перераспределение связей между двумя молекулами О₂. Разрыв и перераспределение столь прочных связей при криогенных температурах с почти нулевой энергией активации представляет собой необычное явление, которое заслуживает дальнейшего изучения.

М.В. Парфенов, к.х.н. Е.В. Староконь, к.х.н. С.В. Семиколенов, д.х.н. Г.И. Панов

Механизм каталитического разложения N₂O на FeZSM-5. Сопоставление с реакцией окисления бензола в фенол

Кинетика и механизм реакции разложения закиси азота:

N₂O → N₂ + ½ O₂                              (1)

были детально исследованы на серии образцов FeZSM-5 с широкой вариацией концентрации α-центров (Fe^II)_α. Результаты сопоставлены с реакцией окисления бензола в фенол закисью азота, которая раньше была изучена на этой же серии образцов:

N₂O + С₆Н₆ → N₂ + С₆Н₅ОН                  (2)

Несмотря на большие различия в частоте оборотов (~  два порядка) и в энергиях активации (~  20 ккал/моль), эти реакции имеют родственный механизм. Скорость каждой из них линейно возрастает с повышением концентрации α-центров.

Каждая реакция включает две основных стадии. Первая стадия является общей и представляет собой окисление α-центра с посадкой α-кислорода:

(Fe^II)_α + N₂O → (Fe^III–O^–)_α + N₂             (3)

На второй стадии происходит восстановление α-центра за счет удаления α-кислорода благодаря его взаимодействию либо с молекулой N₂O, либо с молекулой бензола. В обоих случаях эта стадия является лимитирующей.

С точки зрения механизма, окисление бензола в фенол можно рассматривать как реакцию восстановления N₂O бензолом. Учитывая, что цеолиты FeZSM-5 являются эффективными катализаторами восстановления закиси азота с помощью различных углеводородов (метан, этан, пропан и т.д.), можно полагать, что и в этих случаях α-центры также играют ключевую роль.

к.х.н. Л.В. Пирютко, В.С. Чернявский, к.х.н. Е.В. Староконь,
к.х.н. А.А. Иванов, д.х.н. А.С. Харитонов, д.х.н. Г.И. Панов