Помощь студентам в учебе
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО ИОНАМИ МАРГАНЦА (II) ОКСИГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ НАНОВОЛОКНИСТОЙ СТРУКТУРЫ И МАТЕРИАЛОВ НА ЕГО ОСНОВЕ
|
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ МОДИФИЦИРОВАНИЯ
ОКСИГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ С НАНОВОЛОКНИСТОЙ
СТРУКТУРОЙ 9
1.1 Способы получения оксигидроксида алюминия с нановолокнистой
структурой 9
1.2 Свойства оксигидроксида алюминия с нановолокнистой структурой 19
1.3 Области применения оксигидроксида алюминия с нановолокнистой
структурой 27
1.4 Методы модифицирования наноматериалов 33
1.5 Постановка задач исследования 38
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 40
2.1 Характеристика исходных материалов 40
2.1.1 Электровзрывной нанопорошок алюминия 40
2.1.2 Модификатор 41
2.2 Методы и методики проведения исследований 41
2.2.1 Получение нановолокон оксигидроксида алюминия 41
2.2.2 Модифицирование нановолокон оксигидроксида алюминия
ионами марганца (II) 42
2.2.3 Фотометрический метод определения марганца 42
2.2.4 Фотометрический метод определения железа общего и железа (II) 43
2.2.5 Методика определения содержания активного алюминия в
электровзрывных нанопорошках 43
2.2.6 Определение элементного состава модифицированных образцов 45
2.2.7 Измерение pH водного раствора и
окислительно-восстановительного потенциала 45
2.2.8 Определение фазового состава модифицированных образцов 46
2.2.9 Дифференциально-термический анализ
модифицированных образцов 46
2.2.10 Определение морфологии образцов методами
электронной микроскопии 47
2.2.11 Измерение площади удельной поверхности
модифицированных образцов 47
2.2.12 ИК-спектроскопия модифицированных нановолокон 47
2.2.13 Методика исследования каталитических свойств
модифицированных нановолокон 48
2.2.13.1 Исследование каталитических свойств образцов в реакции
окисления железа (II) до железа (III) и в реакции разложения пероксида водорода 48
2.2.13.2 Исследование каталитических свойств в реакции глубокого
окисления метана 49
2.2.14 Хроматографическое определение состава газа 52
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО ИОНАМИ МАРГАНЦА (II) НАНОРАЗМЕРНОГО ОКСИГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ 54
3.1 Термодинамическое обоснование использования электровзрывного нанопорошка алюминия для получения
нановолокнистого оксигидроксида алюминия 54
3.2 Исследование кинетики взаимодействия электровзрывного
нанопорошка алюминия с водой 57
3.3. Исследование кинетики модифицирования оксигидроксида алюминия ионами марганца (II) 69
3.4 Элементный и фазовый состав модифицированных нановолокон
оксигидроксида алюминия 76
3.5 Морфология модифицированных
нановолокон оксигидроксида алюминия 86
ГЛАВА 4. СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ
МОДИФИЦИРОВАННОГО ОКСИГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ
И АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ 92
4.1. Исследование каталитических свойств модифицированного
оксигидроксида алюминия на примере неорганических реакций 93
4.2. Исследование каталитических свойств модифицированного
оксигидроксида алюминия в реакции окисления метана 95
4.3. Аппаратурно-технологическая схема получения катализатора
для реакции окисления метана 107
ВЫВОДЫ 112
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 114
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 127
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 133
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 134
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ МОДИФИЦИРОВАНИЯ
ОКСИГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ С НАНОВОЛОКНИСТОЙ
СТРУКТУРОЙ 9
1.1 Способы получения оксигидроксида алюминия с нановолокнистой
структурой 9
1.2 Свойства оксигидроксида алюминия с нановолокнистой структурой 19
1.3 Области применения оксигидроксида алюминия с нановолокнистой
структурой 27
1.4 Методы модифицирования наноматериалов 33
1.5 Постановка задач исследования 38
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 40
2.1 Характеристика исходных материалов 40
2.1.1 Электровзрывной нанопорошок алюминия 40
2.1.2 Модификатор 41
2.2 Методы и методики проведения исследований 41
2.2.1 Получение нановолокон оксигидроксида алюминия 41
2.2.2 Модифицирование нановолокон оксигидроксида алюминия
ионами марганца (II) 42
2.2.3 Фотометрический метод определения марганца 42
2.2.4 Фотометрический метод определения железа общего и железа (II) 43
2.2.5 Методика определения содержания активного алюминия в
электровзрывных нанопорошках 43
2.2.6 Определение элементного состава модифицированных образцов 45
2.2.7 Измерение pH водного раствора и
окислительно-восстановительного потенциала 45
2.2.8 Определение фазового состава модифицированных образцов 46
2.2.9 Дифференциально-термический анализ
модифицированных образцов 46
2.2.10 Определение морфологии образцов методами
электронной микроскопии 47
2.2.11 Измерение площади удельной поверхности
модифицированных образцов 47
2.2.12 ИК-спектроскопия модифицированных нановолокон 47
2.2.13 Методика исследования каталитических свойств
модифицированных нановолокон 48
2.2.13.1 Исследование каталитических свойств образцов в реакции
окисления железа (II) до железа (III) и в реакции разложения пероксида водорода 48
2.2.13.2 Исследование каталитических свойств в реакции глубокого
окисления метана 49
2.2.14 Хроматографическое определение состава газа 52
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО ИОНАМИ МАРГАНЦА (II) НАНОРАЗМЕРНОГО ОКСИГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ 54
3.1 Термодинамическое обоснование использования электровзрывного нанопорошка алюминия для получения
нановолокнистого оксигидроксида алюминия 54
3.2 Исследование кинетики взаимодействия электровзрывного
нанопорошка алюминия с водой 57
3.3. Исследование кинетики модифицирования оксигидроксида алюминия ионами марганца (II) 69
3.4 Элементный и фазовый состав модифицированных нановолокон
оксигидроксида алюминия 76
3.5 Морфология модифицированных
нановолокон оксигидроксида алюминия 86
ГЛАВА 4. СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ
МОДИФИЦИРОВАННОГО ОКСИГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ
И АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ 92
4.1. Исследование каталитических свойств модифицированного
оксигидроксида алюминия на примере неорганических реакций 93
4.2. Исследование каталитических свойств модифицированного
оксигидроксида алюминия в реакции окисления метана 95
4.3. Аппаратурно-технологическая схема получения катализатора
для реакции окисления метана 107
ВЫВОДЫ 112
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 114
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 127
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 133
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 134
Актуальность работы
Особый интерес вызывает получение нанообъектов со специфической формой (нановолокна, нанотрубки, нанопластины), характеризующейся пространственной структурой с высокой удельной поверхностью. Одним из представителей таких материалов является оксигидроксид алюминия, обладающий волокнистой структурой, с высокой удельной поверхностью и положительным электрокинетическим зарядом. Этот материал нашел применение в качестве адсорбента для очистки водных сред от микроорганизмов и фильтра тонкой очистки воды от ионов мышьяка, железа, свинца, кадмия и т. д. [1-6]. Набор свойств данного материала определяется способом его получения, но часто возникает задача придания ему дополнительных свойств, которыми он не обладает. Эту задачу можно решить путем модифицирования материала. Методы модифицирования основаны на изменении поверхностных или объемных свойств. Примером модифицированных материалов могут служить лекарственные препараты нового поколения, построенные на новых принципах и выполняющие роль не только носителя лекарств, но и функциональной части лекарственного препарата [7]. На сегодняшний день методы модифицирования являются достаточно дорогостоящими и технически сложными. Поиск более простых и дешёвых способов расширения свойств наноматериалов является актуальным направлением.
Перспективным подходом представляется совмещение процессов получения и модифицирования. Это позволит значительно снизить себестоимость получаемых материалов, а также провести не только поверхностное, но объемное модифицирование. Такое совмещение актуально в производстве многих катализаторов, так как традиционные методы их получения многостадийны, что сказывается на их стоимости. Упрощение технологии производства катализаторов является достаточно актуальным.
Работа выполнена по тематике федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (ГК № П1042 от 31.05.2010), в рамках Гос. Задания «Наука» (ГЗ 7.1504.2015).
Объект исследования - модифицированный оксигидроксид алюминия (AlO(OH)-nH2O), полученный по реакции взаимодействия электровзрывного нанопорошка алюминия с водным раствором сульфата марганца (II).
Предмет исследования - физико-химические процессы синтеза модифицированного ионами марганца (II) оксигидроксида алюминия и определение функциональных свойств полученного материала.
Цель работы - разработка технологии получения модифицированного ионами марганца (II) оксигидроксида алюминия и получение материалов с каталитическими свойствами на его основе.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Исследование влияния концентрации ионов марганца (II) на процесс формирования и модифицирования нановолокнистого оксигидроксида алюминия.
2. Расчет термодинамических параметров и определение кинетических закономерностей синтеза модифицированного ионами марганца (II) оксигидроксида алюминия.
3. Исследование фазового состава, дисперсности, морфологии, полученных образцов и их термообработка.
4. Исследование каталитических свойств модифицированных нановолокон оксигидроксида алюминия в процессе очистки воды от железа (II), в реакции разложения пероксида водорода и в процессе окисления метана.
5. Разработка аппаратурно-технологической схемы получения
модифицированного оксигидроксида алюминия.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Установлено, что процесс синтеза модифицированного ионами марганца (II) оксигидроксида алюминия протекает в кинетической области. При синтезе модифицированного оксигидроксида алюминия энергия активации возрастает с 60,8 до 93,2 кДж/моль с увеличением концентрации ионов марганца (II) в растворе от 1,0 до 570 мг/л, вследствие усложнения синтезируемой структуры за счет встраивания в нее ионов марганца(П) от 0,4 до 10,4 мас. %.
2. Установлено, что кинетика взаимодействия нанопорошка алюминия с размером частиц менее 100 нм и содержанием активного алюминия 85 мас. %, полученного методом электрического взрыва проводника в среде аргона, с водой при температуре 60 °С с образованием оксигидроксида алюминия характеризуется изменением окислительно-восстановительного потенциала от +270 до -660 мВ. При получении модифицированного оксигидроксида алюминия изменение значения окислительно-восстановительного потенциала является индикатором эффективности модифицирования.
3. Установлено, что фазовый состав продукта взаимодействия нанопорошка алюминия с водой представляет собой бемит, байерит и металлический алюминий (менее 0,5 мас. %), с доминированием фазы бемита с волокнистой структурой. Установлено, что увеличение концентрации ионов марганца (II) более 10 мас. % в составе модифицированного оксигидроксида алюминия приводит к уменьшению содержания бемитной и отсутствию байеритной фаз и увеличению содержания металлического алюминия.
4. Установлено, что модифицированный ионами марганца (II) оксигидроксид алюминия обладает каталитическими свойства: материал с содержанием 0,4 мас. % в реакциях окисления железа (II), материал с содержанием 10,4 мас. % в разложении пероксида водорода и окислении метана.
Практическая ценность работы
1. Разработан способ синтеза модифицированного ионами марганца (II) оксигидроксида алюминия.
2. Предложен катализатор на основе модифицированного оксигидроксида алюминия - AlOOH-1Mn с содержанием марганца
0,4 мас. % - для применения в водоподготовке для интенсификации процесса окисления железа (II). Скорость окисления железа (II) возрастает в 2 раза. Эффективность процесса окисления возрастает с 81,1 до 93,2 %.
3. Предложен катализатор на основе модифицированного оксигидроксида
алюминия с содержанием марганца 10,4 мас. % для использования в процессе окисления метана. Установлено, что термическая обработка при температуре 850 °С модифицированного оксигидроксида алюминия с содержанием марганца 10,4 мас. % способствует формированию каталитически активных фаз марганца - Mn3O4, Mn2O3 и MnAl2O4 . Степень превращения метана, равная 100 %,
достигается при температуре процесса 600 °С.
4. Разработана аппаратурно-технологическая схема получения катализаторов для окисления метана.
На защиту выносятся:
1. Последовательность стадий и кинетические параметры процесса синтеза модифицированного оксигидроксида алюминия в зависимости от концентрации ионов марганца (II) в растворе.
2. Зависимость фазового состава и морфологии модифицированных продуктов окисгидроксида алюминия от концентрации ионов марганца (II) в растворе.
3. Аппаратурно-технологическая схема синтеза катализатора, полученного при термообработке модифицированного ионами марганца (II) оксигидроксида алюминия, для окисления метана.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 22 работах, включая 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Основные результаты по теме диссертационной работы доложены и обсуждены: на XLIX Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс - 2011» (г. Новосибирск); IX, XI, XII, XIV, XV Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (г. Томск);
VI Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием «Менделеев-2012» (г. Санкт-Петербург);
VII Международном форуме по стратегическим технологиям «The 7th International Forum on Strategic Technology (IFOST 2012)» (г. Томск); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (г. Волгоград); VII, X Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (г. Томск); XIX Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск); VII, VIII Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы нового поколения» (г. Иваново).
Особый интерес вызывает получение нанообъектов со специфической формой (нановолокна, нанотрубки, нанопластины), характеризующейся пространственной структурой с высокой удельной поверхностью. Одним из представителей таких материалов является оксигидроксид алюминия, обладающий волокнистой структурой, с высокой удельной поверхностью и положительным электрокинетическим зарядом. Этот материал нашел применение в качестве адсорбента для очистки водных сред от микроорганизмов и фильтра тонкой очистки воды от ионов мышьяка, железа, свинца, кадмия и т. д. [1-6]. Набор свойств данного материала определяется способом его получения, но часто возникает задача придания ему дополнительных свойств, которыми он не обладает. Эту задачу можно решить путем модифицирования материала. Методы модифицирования основаны на изменении поверхностных или объемных свойств. Примером модифицированных материалов могут служить лекарственные препараты нового поколения, построенные на новых принципах и выполняющие роль не только носителя лекарств, но и функциональной части лекарственного препарата [7]. На сегодняшний день методы модифицирования являются достаточно дорогостоящими и технически сложными. Поиск более простых и дешёвых способов расширения свойств наноматериалов является актуальным направлением.
Перспективным подходом представляется совмещение процессов получения и модифицирования. Это позволит значительно снизить себестоимость получаемых материалов, а также провести не только поверхностное, но объемное модифицирование. Такое совмещение актуально в производстве многих катализаторов, так как традиционные методы их получения многостадийны, что сказывается на их стоимости. Упрощение технологии производства катализаторов является достаточно актуальным.
Работа выполнена по тематике федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (ГК № П1042 от 31.05.2010), в рамках Гос. Задания «Наука» (ГЗ 7.1504.2015).
Объект исследования - модифицированный оксигидроксид алюминия (AlO(OH)-nH2O), полученный по реакции взаимодействия электровзрывного нанопорошка алюминия с водным раствором сульфата марганца (II).
Предмет исследования - физико-химические процессы синтеза модифицированного ионами марганца (II) оксигидроксида алюминия и определение функциональных свойств полученного материала.
Цель работы - разработка технологии получения модифицированного ионами марганца (II) оксигидроксида алюминия и получение материалов с каталитическими свойствами на его основе.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Исследование влияния концентрации ионов марганца (II) на процесс формирования и модифицирования нановолокнистого оксигидроксида алюминия.
2. Расчет термодинамических параметров и определение кинетических закономерностей синтеза модифицированного ионами марганца (II) оксигидроксида алюминия.
3. Исследование фазового состава, дисперсности, морфологии, полученных образцов и их термообработка.
4. Исследование каталитических свойств модифицированных нановолокон оксигидроксида алюминия в процессе очистки воды от железа (II), в реакции разложения пероксида водорода и в процессе окисления метана.
5. Разработка аппаратурно-технологической схемы получения
модифицированного оксигидроксида алюминия.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Установлено, что процесс синтеза модифицированного ионами марганца (II) оксигидроксида алюминия протекает в кинетической области. При синтезе модифицированного оксигидроксида алюминия энергия активации возрастает с 60,8 до 93,2 кДж/моль с увеличением концентрации ионов марганца (II) в растворе от 1,0 до 570 мг/л, вследствие усложнения синтезируемой структуры за счет встраивания в нее ионов марганца(П) от 0,4 до 10,4 мас. %.
2. Установлено, что кинетика взаимодействия нанопорошка алюминия с размером частиц менее 100 нм и содержанием активного алюминия 85 мас. %, полученного методом электрического взрыва проводника в среде аргона, с водой при температуре 60 °С с образованием оксигидроксида алюминия характеризуется изменением окислительно-восстановительного потенциала от +270 до -660 мВ. При получении модифицированного оксигидроксида алюминия изменение значения окислительно-восстановительного потенциала является индикатором эффективности модифицирования.
3. Установлено, что фазовый состав продукта взаимодействия нанопорошка алюминия с водой представляет собой бемит, байерит и металлический алюминий (менее 0,5 мас. %), с доминированием фазы бемита с волокнистой структурой. Установлено, что увеличение концентрации ионов марганца (II) более 10 мас. % в составе модифицированного оксигидроксида алюминия приводит к уменьшению содержания бемитной и отсутствию байеритной фаз и увеличению содержания металлического алюминия.
4. Установлено, что модифицированный ионами марганца (II) оксигидроксид алюминия обладает каталитическими свойства: материал с содержанием 0,4 мас. % в реакциях окисления железа (II), материал с содержанием 10,4 мас. % в разложении пероксида водорода и окислении метана.
Практическая ценность работы
1. Разработан способ синтеза модифицированного ионами марганца (II) оксигидроксида алюминия.
2. Предложен катализатор на основе модифицированного оксигидроксида алюминия - AlOOH-1Mn с содержанием марганца
0,4 мас. % - для применения в водоподготовке для интенсификации процесса окисления железа (II). Скорость окисления железа (II) возрастает в 2 раза. Эффективность процесса окисления возрастает с 81,1 до 93,2 %.
3. Предложен катализатор на основе модифицированного оксигидроксида
алюминия с содержанием марганца 10,4 мас. % для использования в процессе окисления метана. Установлено, что термическая обработка при температуре 850 °С модифицированного оксигидроксида алюминия с содержанием марганца 10,4 мас. % способствует формированию каталитически активных фаз марганца - Mn3O4, Mn2O3 и MnAl2O4 . Степень превращения метана, равная 100 %,
достигается при температуре процесса 600 °С.
4. Разработана аппаратурно-технологическая схема получения катализаторов для окисления метана.
На защиту выносятся:
1. Последовательность стадий и кинетические параметры процесса синтеза модифицированного оксигидроксида алюминия в зависимости от концентрации ионов марганца (II) в растворе.
2. Зависимость фазового состава и морфологии модифицированных продуктов окисгидроксида алюминия от концентрации ионов марганца (II) в растворе.
3. Аппаратурно-технологическая схема синтеза катализатора, полученного при термообработке модифицированного ионами марганца (II) оксигидроксида алюминия, для окисления метана.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 22 работах, включая 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Основные результаты по теме диссертационной работы доложены и обсуждены: на XLIX Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс - 2011» (г. Новосибирск); IX, XI, XII, XIV, XV Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (г. Томск);
VI Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием «Менделеев-2012» (г. Санкт-Петербург);
VII Международном форуме по стратегическим технологиям «The 7th International Forum on Strategic Technology (IFOST 2012)» (г. Томск); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (г. Волгоград); VII, X Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (г. Томск); XIX Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск); VII, VIII Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы нового поколения» (г. Иваново).
1. Реакции нанопорошка алюминия с водой с образованием бемита и байерита протекают самопроизвольно в интервале температур 333-373 К, при этом значения энергии Гиббса варьируют от -890 до -896 кДж/моль. Реакции окисления сопровождаются повышением рН среды с 5,24 до 8,01, уменьшением окислительно-восстановительного потенциала с +270 до -660 мВ.
2. Процесс синтеза оксигидроксида алюминия из нанопорошка алюминия характеризуется следующими основными стадиями:
- индукционный период (взаимная диффузия ионов воды и ионов алюминия, частичное растворение оксидной пленки на поверхности частиц алюминия);
- взаимодействие алюминия с водой (резкое снижение ОВП до -600 мВ, интенсивное выделение водорода, повышение рН среды до 8,01);
- формирование волокнистого продукта (установление постоянных значений ОВП, рН среды и прекращение выделения водорода).
3. Энергия активации процесса синтеза модифицированного оксигидроксида алюминия возрастает с 60,8 до 93,2 кДж/моль с увеличением содержания ионов марганца (II) от 1,0 до 570,0 мг/л, что свидетельствует о протекании его в кинетической области.
4. Увеличение содержания ионов марганца (II) в модифицированных образцах приводит к уменьшению содержания бемитной и байеритной фаз и, как следствие, к уменьшению значений удельной поверхности с 219 до 11 м2/г. Волокнистая структура модифицированного оксигидроксида алюминия формируется при синтезе до содержания ионов марганца (II) в растворе 60 мг/л.
5. Наличие функциональных групп соединений марганца фиксируется с помощью ИК-спектроскопии для высушенных образцов только с содержанием ионов марганца (II) 4,7 и 10,4 мас. %. Оксидные фазы Mn3O4, Mn2O3 и MnAl2O4 обнаруживаются РФА после прокаливания при температуре 850 °С в модифицированных образцах оксигидроксида алюминия с содержанием ионов марганца (II) в образцах выше 2,7 мас. %.
6. Модифицированный оксигидроксид алюминия с содержанием ионов марганца
(II) 0,4 % мас. увеличивает скорость окисления железа (II) до железа (III) в растворах в 2 раза. Эффективность процесса окисления возрастает с 81,1 до
93,2 %. Модифицированный оксигидроксид алюминия с содержанием ионов марганца (II) 10,4 мас. % обладает наибольшей каталитической активностью в реакции разложения пероксида водорода, и проявляет максимальную
каталитическую активность в реакции окисления метана (100 %-я конверсия при температуре 600 °С) за счет наличия в своем составе каталитически активных фаз Mn3O4, Mn2O3 и MnAl2O4 при термообработке при 850 °С.
7. Предложена аппаратурно-технологическая схема на основе разработанного способа модифицирования оксигидроксида алюминия ионами марганца (II), которая обеспечивает получение модифицированного оксигидроксида алюминия с целевым назначением в процессе окисления железа (II), разложения пероксида водорода и окисления метана.
2. Процесс синтеза оксигидроксида алюминия из нанопорошка алюминия характеризуется следующими основными стадиями:
- индукционный период (взаимная диффузия ионов воды и ионов алюминия, частичное растворение оксидной пленки на поверхности частиц алюминия);
- взаимодействие алюминия с водой (резкое снижение ОВП до -600 мВ, интенсивное выделение водорода, повышение рН среды до 8,01);
- формирование волокнистого продукта (установление постоянных значений ОВП, рН среды и прекращение выделения водорода).
3. Энергия активации процесса синтеза модифицированного оксигидроксида алюминия возрастает с 60,8 до 93,2 кДж/моль с увеличением содержания ионов марганца (II) от 1,0 до 570,0 мг/л, что свидетельствует о протекании его в кинетической области.
4. Увеличение содержания ионов марганца (II) в модифицированных образцах приводит к уменьшению содержания бемитной и байеритной фаз и, как следствие, к уменьшению значений удельной поверхности с 219 до 11 м2/г. Волокнистая структура модифицированного оксигидроксида алюминия формируется при синтезе до содержания ионов марганца (II) в растворе 60 мг/л.
5. Наличие функциональных групп соединений марганца фиксируется с помощью ИК-спектроскопии для высушенных образцов только с содержанием ионов марганца (II) 4,7 и 10,4 мас. %. Оксидные фазы Mn3O4, Mn2O3 и MnAl2O4 обнаруживаются РФА после прокаливания при температуре 850 °С в модифицированных образцах оксигидроксида алюминия с содержанием ионов марганца (II) в образцах выше 2,7 мас. %.
6. Модифицированный оксигидроксид алюминия с содержанием ионов марганца
(II) 0,4 % мас. увеличивает скорость окисления железа (II) до железа (III) в растворах в 2 раза. Эффективность процесса окисления возрастает с 81,1 до
93,2 %. Модифицированный оксигидроксид алюминия с содержанием ионов марганца (II) 10,4 мас. % обладает наибольшей каталитической активностью в реакции разложения пероксида водорода, и проявляет максимальную
каталитическую активность в реакции окисления метана (100 %-я конверсия при температуре 600 °С) за счет наличия в своем составе каталитически активных фаз Mn3O4, Mn2O3 и MnAl2O4 при термообработке при 850 °С.
7. Предложена аппаратурно-технологическая схема на основе разработанного способа модифицирования оксигидроксида алюминия ионами марганца (II), которая обеспечивает получение модифицированного оксигидроксида алюминия с целевым назначением в процессе окисления железа (II), разложения пероксида водорода и окисления метана.