Аннотация 3
Введение 5
1. Литературный обзор 7
1.1 Синтез и свойства цеолитов 7
1.1.1 Структура и классификация цеолитов 7
1.1.2 Синтез цеолитов 8
1.1.3 Свойства цеолитов 12
1.2 Адсорбция паров воды на поверхности цеолитов 17
2. Материалы и методы исследования 20
2.1 Синтез цеолитов 20
2.2 Физико-химические методы исследования свойств цеолитов 21
2.3 Характеристика цеолитов и кинетика адсорбции 23
Выводы 30
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 31
Исследованию цеолитов посвящено множество работ. История изучения цеолитов началась более 300 лет назад, когда химик из Швеции Аксель Кронстедт проводил опыты в своей лаборатории и получил реакцию стильбита при нагревании - минерал покрылся маленькими пузырями. В ходе продолжившихся опытов, ученым была выделена группа минералов, обладающая схожей реакцией при нагревании. Он назвал эти минералы цеолитами, от греческого «/ео»-кипеть и «iitliosM-камень. Современниками ученого были также найдены минеральные скопления цеолитов, непромышленного масштаба. Открытие цеолитов не вызвало сильного интереса современников и ввиду отсутствия прикладного значения минералов данной группы, они были забыты на 200 лет, пока в середине 20 в ученые не столкнулись с проблемой очистки воды.
Цеолиты - это целая группа минералов, которые имеют схожие характеристики. Эти минералы особенны тем, что они могут отдавать воду, а затем снова ее поглощать. Здесь все зависит от уровня влажности и температуры. Еще они могут осуществлять выделение и последующее впитывание самых разных веществ. Данная группа включает в себя огромное количество минералов — 40 видов цеолитов. Наиболее часто встречаются следующие: шабазит, морденит, гейландит, натролит, ломонтит и пр. Минералы данной группы встречаются в трещинах сланцев кристаллического типа, а также гнейсов. Еще их очень часто обнаруживают в песчаниках, миндалинах вулканических пород и иных подобных местах. Создаются цеолиты при давлении 200-300 МПа и температуре до 250 градусов по Цельсию. Цвет минералов преимущественно стеклянно-белый, иногда встречаются прозрачные и бесцветные породы. Наиболее редким являются зеленые, коричневые и красные минералы. Камень имеет стеклянный перламутровый блеск. Между собой минералы группы цеолитов различаются по удельной теплоемкости, плотности, твердости, предельной прочности при сжатии. Невооруженным взглядом все эти различия не видны, за исключением окраски. В генетическом отношении цеолиты относятся к осадочным и вулканогенно-осадочным формациям, особняком стоят синтетические цеолиты.
Одной из особенностей цеолитов является способность поглощать и обратно отдавать воду при заданных параметрах температуры и влажности. Благодаря открытой каркаснополостной структуре, выгодно отличающих их по свойствам от ряда групп других минералов - это способность к адсорбции. В современной промышленности данная группа минералов широко используется для осушки влагосодержащих газов. Цеолитые катализаторы находят все более широкое применение в процессах нефтепереработки и нефтехимии. Метан - основной компонент природного газа - в настоящее время рассматривается как альтернативный источник получения ценных продуктов нефтехимии и органического синтеза. Конверсия метана в ароматические углеводороды представляет значительный интерес как перспективный способ утилизации природного и попутного нефтяного газов, содержащих более 90 % метана [1]. В основном, проблему переработки природного газа в органические соединения решают путем паровой, углекислотной [2] и окислительной [3] конверсии метана в синтез-газ с последующим получением смеси парафинов, олефинов и спиртов по методу Фишера-Тропша, метанола или диметилового эфира. К достоинствам цеолитных катализаторов относится высокая активность и селективность, устойчивость по отношению к каталитическим ядам, а к недостаткам - высокая крекирующая способность и быстрая дезактивация.
Ранее проведенные исследования процесса превращения метана на Мо-содержащих цеолитах с силикатным модулем 40 показали, что наиболее активным и стабильным является катализатор, содержащий 4,0 % наноразмерного порошка Мо (соотношение Mo:Al=1:2). Соотношение между Mo и Al в Мо-содержащих цеолитных системах имеет очень важное значение для формирования наиболее активных центров активации молекулы метана. Наиболее эффективными катализаторами этого процесса являются высококремнеземные цеолиты, модифицированные ионами переходных металлов, которые по своей активности располагаются в следующем ряду: МоАА+еАСг. В настоящее время наибольшее внимание уделяется Мо-содержащим катализаторам на основе цеолита типа ZSM-5.
Целью данной работы являлось изучение физико-химических свойств и кинетических характеристик адсорбции паров воды Мо(молибден)-содержащего цеолита структуры ZSM-5.
...
В рамках выполнения данной работы достигнуты следующие результаты:
1. Синтезированы образцы: цеолит 1(ZSM-5), цеолит 2 (ZSM-5 +1 % Стех..) и цеолит 3 (ZSM-5 + 1 % Отех.+4,0 % Мо).
2. Установлено, что образцы представляют собой структуру ZSM-5 со степенью кристалличности 80 %, удельной поверхностью в диапазоне 332-293 м2/г и мезопорами 3,6-4,1 нм. Выявлено, что с введением в цеолит ZSM-5 добавок С и Мо происходит незначительное снижение удельной поверхности, при этом диаметр и объем мезопор практически не изменяются.
3. Исследованы адсорбционные характеристики синтезированных образцов цеолитов по отношению к парам воды. Установлено, что добавление С и Мо привели к увеличению адсорбционной емкости.
