научная статья по теме ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАТИНОВЫХ ЦЕНТРОВ НА ОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЯХ ТИПА СЛОИСТЫХ ДВОЙНЫХ ГИДРОКСИДОВ. II. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ МЕЖСЛОЕВОГО АНИОНА АЛЮМОМАГНИЕВЫХ СЛОИСТЫХ ГИДРОКСИДОВ НА ПРОЦЕСС ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПЛАТИНЫ И ФОРМИРОВАНИЕ PT/MGALOX Химия

Текст научной статьи на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАТИНОВЫХ ЦЕНТРОВ НА ОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЯХ ТИПА СЛОИСТЫХ ДВОЙНЫХ ГИДРОКСИДОВ. II. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ МЕЖСЛОЕВОГО АНИОНА АЛЮМОМАГНИЕВЫХ СЛОИСТЫХ ГИДРОКСИДОВ НА ПРОЦЕСС ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПЛАТИНЫ И ФОРМИРОВАНИЕ PT/MGALOX»

КИНЕТИКА И КАТАЛИЗ, 2011, том 52, № 6, с. 899-909

УДК 54-36:546.924:544.726:544.723.5

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАТИНОВЫХ ЦЕНТРОВ НА ОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЯХ ТИПА СЛОИСТЫХ ДВОЙНЫХ ГИДРОКСИДОВ. II. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ МЕЖСЛОЕВОГО АНИОНА АЛЮМОМАГНИЕВЫХ СЛОИСТЫХ ГИДРОКСИДОВ НА ПРОЦЕСС ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПЛАТИНЫ

И ФОРМИРОВАНИЕ Pt/MgAlO^

© 2011 г. О. Б. Бельская1, 2, Т. И. Гуляева1, Н. Н. Леонтьева1, В. И. Зайковский3, Т. В. Ларина3,

Т. В. Киреева1, В. П. Доронин1, 2, В. А. Лихолобов1, 2

Институт проблем переработки углеводородов СО РАН, Омск

2Омский государственный технический университет 3Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирск E-mail: obelska@ihcp.oscsbras.ru Поступила в редакцию 17.06.2010 г.

Исследован процесс взаимодействия водных растворов H2PtCl6 с алюмомагниевыми гидроксидами типа гидротальцита, различающимися природой межслоевого аниона. При использовании в качестве межслоевого аниона CO3 введение хлоридного комплекса Pt(IV) практически не влияет на структурные свойства носителя, динамику его терморазложения, а также текстурные характеристики образующейся оксидной фазы. Закрепление платиновых комплексов на "активированном гидро-тальците" с межслоевыми ОН--ионами приводит к увеличению межплоскостного расстояния и повышению термостабильности слоистой структуры. Кроме того, происходит значительное изменение текстурных характеристик, приводящее к образованию практически монодисперсной фазы смешанного оксида. В результате восстановительной обработки в полученных образцах Pt/MgAlOx значительная часть платины присутствует в составе частиц плоской морфологии, что подтверждает предположение о преимущественной локализации металлокомплексов на стадии нанесения в межслоевом пространстве данного носителя. В процессе быстрого анионного обмена платина закрепляется в виде хлоридных комплексов и характеризуется более высокой температурой восстановления.

Слоистые двойные гидроксиды типа гидротальцита являются перспективными носителями для нанесенных металлических катализаторов. Введение металла приводит к заметному модифицированию свойств гидроксидной фазы и формирующегося при термообработке смешанного оксида, которое заключается не только в росте активности в ряде реакций [1, 2], но и в увеличении емкости при адсорбции кислых газов [3—5].

Основное количество работ посвящено введению никеля, который способен изоморфно замещать часть магния в бруситовых слоях слоистой структуры [6]. В качестве основных процедур нанесения никеля рассматривается темплатный метод (соосаждение гидроксидов магния и алюминия совместно с соединениями никеля) и ионный обмен. В случае ионного обмена дополнительный металл вводится либо в виде катионной формы посредством частичного замещения магния или алюминия в бруситоподобных слоях, либо в анионной форме путем замены межслоевых анионов. Введение платиновых металлов, как правило, проводят

методом пропитки по влагоемкости, используя минимальные количества растворов и не контролируя происходящие при закреплении процессы [5, 7, 8]. Также для этих металлов используется метод осаждения гидролизованных форм [9]. Часто для нанесения металлокомплексов применяют их толуольные растворы. При этом не происходит реконструкции структуры носителя, модифицирования его кислотно-основных свойств и достигается минимальное взаимодействие соединения предшественника с носителем [3, 7, 10]. Процесс обмена межслоевых анионов рассматривается в единичных работах, посвященных изучению ани-онообменных свойств гидротальцитоподобных соединений [8, 11]. Однако этот процесс практически не исследован с точки зрения введения в виде анионных форм соединения предшественника активного компонента катализатора.

Целью данной работы являлось изучение взаимодействия водных растворов анионных хлорид-ных комплексов Р^ГУ) со слоистыми двойными гидроксидами в процессе синтеза катализаторов

Pt/MgAlOx. В качестве предшественников алю-момагниевых оксидных носителей были использованы слоистые гидроксиды, содержащие в межслоевом пространстве карбонатные (ГТ-СО3) и гидроксидные (ГТ-ОН) анионы. Детальное исследование данных гидроксидных носителей в нашей предыдущей работе [12] показало, что различия в морфологии слоистых частиц и в природе межслоевого аниона определяют условия формирования структуры оксидного носителя и его текстурные характеристики. В данной части работы предполагалось выяснить, насколько строение гидроксидного предшественника носителя способно влиять на локализацию металлокомплекса в структуре слоистого материала и свойства нанесенной платины в готовом катализаторе.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Синтез катализаторов. Синтез двойного слоистого гидроксида ГТ-СО3, заключающийся в со-осаждении Mg2+ и Al3+ из разбавленных растворов нитратов при их взаимодействии с растворами, содержащими карбонат- и гидроксид-ионы, детально описан в [12]. Для получения образца ГТ-ОН исходный носитель ГТ-СО3 был прокален при 600°С и вновь гидратирован при 120°С в течение 2 ч. Для исследования физико-химическими методами и перед проведением сорбционных измерений образцы ГТ-СО3 и ГТ-ОН были высушены при 120°С в течение 12 ч.

Сорбцию ^[PtCy проводили из избытка водных растворов при комнатной температуре. Концентрацию растворов варьировали от 2 до 40 ммоль/л в зависимости от необходимого содержания металла в образце. В растворах после сорбции металлокомплекса контролировали рН на рН-метре/иономере Seven Multi ("Mettler Toledo"), содержание платины (спектрофотометриче-ским методом [13]) и компонентов носителя Mg и Al (методом атомно-абсорбционной спектроскопии [14] с использованием спектрометра АА6300 ("Shi-madzu")). Для получения изотермы сорбции платины использовали метод отдельных навесок при соотношении масса носителя : масса раствора = 1 : 25.

Электронные спектры диффузного отражения (ЭСДО) нанесенных платиновых комплексов были сняты на спектрофотометре UV-2501 PC ("Shimadzu") c приставкой диффузного отражения ISR-240A. Спектры регистрировали в диапазоне 11000—54000 см-1. В качестве образца сравнения использовали BaSO4. Спектры представлены в координатах функция Кубелки-Мунка-волновое число.

Термический анализ с масс-спектрометрией. Для

исследования термического разложения образцов гидротальцитов до и после нанесения платиновых комплексов применяли метод ТГ-ДТА с масс-

спектрометрией. Промежуточные соединения и продукты терморазложения анализировали на термическом анализаторе STA-449C Jupiter, сопряженном через нагреваемый капилляр с квадру-польным масс-спектрометром QMS-403C Aeolos ("Netzsch"). Измерения выполняли в динамическом режиме в среде аргона со скоростью нагрева образцов 10 град/мин и массой навесок 10—20 мг.

Рентгенофазовый анализ (РФА). Рентгенографические исследования выполняли на дифрак-тометре DB Advance ("Bruker") в параллельном Cu^-излучении в интервале углов 29 от 5 до B0o, шаг сканирования 0.05o, время интегрирования сигнала 5 c/шаг. Высокотемпературные исследования выполняли в камере HTK-16 ('Anton Paar") в диапазоне температур от 30 до 900oQ Условия съемки указаны в [12]. Для расшифровки полученных данных использовали базу данных ICDD. Расчет структурных характеристик выполняли с применением программных комплексов EVA и TOPAS.

Температурно-программируемое восстановление (ТПВ). Методом ТПВ исследовали динамику восстановления адсорбированных металлокомплек-сов. Для учета влияния носителя на количество поглощенного водорода предварительно были тестированы образцы без добавления хлорплатината. Перед измерениями на приборе AutoChem-2920 ("Micromeritics") образец продували сначала гелием в течение 30 мин при 25oQ а затем смесью 10 об. % H2—Ar (скорость потока 50 мл/мин). После установления базовой линии проводили восстановление до 450°С со скоростью нагрева 10 град/мин. Чистота используемых газов составляла 99.999 об. %.

Метод низкотемпературной адсорбции азота.

Изотермы адсорбции—десорбции азота при 77.4 К получали на объемной вакуумной статической установке ASAP-2020M ("Micromeritics") в диапазоне равновесных относительных давлений от 10-3 до 0.996 P/P0.

Расчеты удельной поверхности по методу БЭТ (^БЭТ) выполняли в интервале равновесных относительных давлений паров азота Р/Р0 = 0.05—0.25 по изотерме адсорбции. При расчете удельной поверхности принимали, что значение молекулярной площадки азота в заполненном монослое составляет 0.162 нм2. Значения адсорбционного объема пор (Кадс) определяли по величине адсорбции азота при Р/Р0 = 0.990, полагая, что плотность ад-сорбата равна плотности нормальной жидкости и составляет 0.B0B г/см3. Средний диаметр пор оценивали по формуле D = 4 Кадс/^БЭТ. Для получения дифференциальных характеристик — кривых распределения пор по размерам (КРПР) — применяли метод Баррета—Джойнера—Халенда (BJH) для де-сорбционной ветви. В расчетах использовали цилиндрическую модель несвязанных пор.

1.0

0.8 -

£ 0.6

0.4

0.2

- Д- - '

..........А'

Н I I I I I

468 Ср, мкмоль Р/мл

10 12

Рис. 1. Изотермы сорбции [РЮу 2 на алюмомагниевых слоистых гидроксидах ГТ-СО3 (1) и ГТ-ОН (2).

2

1

0

2

Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (ПЭМВР). Снимки ПЭМВР получали на электронном микроскопе JEM-2010 ('^ЕОЕ') с разрешением по решетке 0.14 нм при ускоряющем напряжении 200 кВ. Образцы готовили в виде суспензий в этаноле, наносили на стандартные медные сетки, которые затем вводили в камеру электронного микроскопа.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Взаимодействие Н^РС^ с алюмомагниевыми слоистыми гидроксидами

Для исследования сорбционных процессов использовали слоистые двойные гидроксиды ГТ-СО3 и ГТ-ОН, различающиеся природой межслоевого аниона и детально охарактеризованные в [12]. Кривые сорбции получены для водных растворов И2[Р1С16] в диапазоне концентраций платины 2—42 ммоль/л. На рис. 1 видны заметные различия в сорбции хлорплатината на использованных гидроксидных носителях. В случае ГТ-ОН можно выделить участок прочной хемосорбции металлокомплекса, а максимальное количество адсорбированной платины (18.1 мас. %) близко к стехиометрическому значению (19.0 мас. %), рассчитанному, и

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком