Анотація до роботи:

Баренблат І. О. Вплив складу кобальт-нікель-фосфатних каталізаторів на процес парціального окиснення етану. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 – фізична хімія. – Ужгородський національний університет, Ужгород, 2008.

Дисертаційна робота присв’ячена вивченню впливу складу каталізаторів на процес парціального окиснення етану. Розроблено експериментальні зразки бінарних систем на основі фосфатів кобальту та нікелю. Запропоновано новий спосіб виготовлення кобальт-нікель-фосфатних систем, використання яких забезпечує високу стійкість, активність та селективність зразків в реакції парціального окиснення етану в етилен. Встановлено закономірності зміни фізико-хімічних параметрів та активності зразків в залежності від складу. Досліджено каталітичні властивості фосфатних систем та вплив різних факторів на процес перетворення етану: складу каталізатора, висоти шару каталізатора, температури, часу контактування, концентрації етану та кисню, кислотності поверхні. Виявлено синергетичний ефект взаємного впливу фосфатів на поверхневу кислотність. Встановлено симбатне підвищення каталітичної активності та селективності бінарних кобальт-нікель-фосфатних систем зі збільшенням величини поверхневої кислотності зразків. Виявлено взаємозв’язок між утворенням етилену і СО. З’ясовано шляхи утворення різних продуктів перетворення етану. Цілеспрямовано розроблено активний та високоселективний складний кобальт-нікель-фосфатний каталізатор одержання етилену з етану.

1. У дисертації запропоновано вирішення актуальних наукових задач – розробки способів виготовлення активних, високоселективних та недорогих каталізаторів з оптимальними структурними, фізико-хімічними та каталітичними властивостями; визначення впливу структури на активність і термічну стабільність каталізаторів; з’ясування взаємозв’язку між їх кислотними і каталітичними властивостями.

2. Запропоновано новий спосіб приготування бінарних каталітичних систем на основі фосфатів кобальту та нікелю, який забезпечує високу термічну та хімічну стійкість, розвинуту поверхню, необхідні кислотні властивості та наявність відповідних активних центрів, що обумовлює високу активність та селективність даних систем в процесах перетворення етану. Встановлено закономірності зміни структури, кислотних властивостей та розподілу активних центрів на одержаних зразках в залежності від їх складу.

3. Одержано бінарні каталізатори на основі Co₃(PO₄)₂ та Ni₃(PO₄)₂, вміст фосфату нікелю в яких змінюється в інтервалі від 0,5 до 99,5 мас. % і встановлено закономірності зміни структури, кислотних властивостей та розподілу активних центрів на одержаних зразках в залежності від їх складу.

4. Розроблено новий ефективний та високоселективний каталізатор К-6 (1,0% Co₃(PO₄)₂99,0% Ni₃(PO₄)₂) парціального окиснення етану в цільовий продукт – етилен, який дає змогу одержати 14 об. % C₂H₄ (при Т=773 К і _конт.=1,5 с) і характеризується селективністю за етиленом 86%, при цьому конверсія етану досягає 90%.

5. Встановлено закономірності перетворення етану в стаціонарних та нестаціонарних умовах перебігу реакції в широкому інтервалі зміни температури каталізу, часу контактування, концентрації етану та кисню у вихідній газовій суміші. Підтверджено, що до температури 873 К окиснення етану є виключно гетерогенним процесом і гомогенна складова не ускладнює перебіг реакції.

6. Встановлено оптимальні умови проведення процесу: h_{шару.кат.}=20 мм, Т=773 К, _конт.=1,5 с і показано, що максимальний вихід етилену досягається при еквімолярних співвідношеннях концентрацій етану та кисню.

7. Доведено важливу роль кислотності поверхні каталізаторів в процесі селективного окиснення етану в цінні продукти: етилен, альдегіди, кислоти різного складу. Встановлено синергетичний ефект взаємного впливу фосфатів на поверхневу кислотність і показано, що величина кислотності всіх синтезованих систем є значно вищою (до 1,32 моль/г) порівняно з вихідними фосфатами (Co₃(PO₄)₂ – 0,23 моль/г; Ni₃(PO₄)₂ – 0,68 моль/г при Т= 973 К ). Встановлено симбатне підвищення каталітичної активності та селективності бінарних кобальт-нікель-фосфатних систем зі збільшенням величини поверхневої кислотності зразків.

8. Методом нестаціонарного каталізу доведено, що в утворенні продуктів глибокого окиснення (СО та СО₂) приймає участь слабкозв’язаний з поверхнею кисень (сильні кислотні центри), а за утворення продуктів парціального окиснення відповідає міцнозв’язаний кисень (середні та слабі кислотні центри).

9. Встановлено взаємозв’язок між процесами утворенням етилену та СО, виведено кінетичне рівняння, яке адекватно його описує і виявлено, що відношення концентрацій вказаних продуктів є величиною сталою для ідентичних умов проведення реакції. Встановлено механізм перебігу реакції, виведені та обґрунтовані відповідні кінетичні рівняння; з’ясовані шляхи утворення різних продуктів перетворення етану. Запропонована багатостадійна схема механізму окиснення етану на синтезованих каталізаторах, яка узгоджується з експериментальними даними.

Публікації автора:

1. Гомонай В. І. Дослідження фізико-хімічних властивостей хромфосфатного каталізатору / В. І. Гомонай, К. Ю. Секереш, Н. П. Голуб, І. О. Баренблат // Наук. вісник УжНУ. Серія Хімія. – 2000. – № 5. – С. 117–120.

2. Гомонай В. І. Дослідження фізико-хімічних властивостей кобальтфосфатного каталізатору / В. І. Гомонай, К. Ю. Секереш, Н. П. Голуб, І. О. Баренблат // Наук. вісник УжНУ. Серія Хімія. – 2001. – № 6. – С. 183–186.

3. Гомонай В. І. Вивчення фізико-хімічних та каталітичних властивостей ніколфосфатного каталізатору / В. І. Гомонай, І. О. Баренблат, Н. П. Голуб, К. Ю. Секереш // Наук. вісник УжНУ. Серія Хімія. – 2002. – № 8. – С. 30–34.

4. Голуб Н. П. Одержання фосфату титану з відходів титанового виробництва / Н. П. Голуб, В. І. Гомонай, І. О. Баренблат, К. Ю. Секереш // Наук. вісник УжНУ. Серія Хімія. – 2002. – № 8. – С. 35–39.

5. Голуб Н. П. Вплив вмісту кобальту в кобальтмагнієвій системі на утворення етилену при окисненні етану / Н. П. Голуб, В. І. Гомонай, І. О. Баренблат, В. І. Гомонай, К. Ю. Секереш // Наук. вісник УжНУ. Серія Хімія. – 2002. – № 8. – С. 80–83.

6. Гомонай В. І. Кислотні властивості складних кобальтвмісних фосфатних систем / В. І. Гомонай, Н. П. Голуб, І. О. Баренблат, К. Ю. Секереш, І. М. Чухра // Наук. вісник УжНУ. Серія Хімія. – 2003. – № 9. – С. 123–127.

7. Гомонай В. І. Дослідження фізико-хімічних властивостей і каталітичної активності фосфату ванадію в реакції окиснення метану / В. І. Гомонай, К. Ю. Секереш, Н. П. Голуб, І. О. Баренблат // Наук. вісник УжНУ. Серія Хімія. – 2005. – № 13–14. – С. 70–73.

8. Секереш К. Ю. Дослідження зв’язку каталітичної активності фосфатних каталізаторів з умовами їх виготовлення / К. Ю. Секереш, В. І. Гомонай, Н. П. Голуб, І. О. Баренблат // Наук. вісник УжНУ. Серія Хімія. – 2005. – № 13–14. – С. 149–151.

9. Гомонай В. І. Вплив умов синтезу на фізико-хімічні властивості борфосфатних каталізаторів / В. І. Гомонай, К. Ю. Секереш, Н. П. Голуб, Т. В. Чернявська, І. О. Баренблат // Наук. вісник УжНУ. Серія Хімія. –
2007. – № 17–18. – С. 96–98

10. Гомонай В. І. Фізико-хімічні та каталітичні властивості Со–Ni–Р системи / В. І. Гомонай, Н. П. Голуб, І. О. Баренблат, К. Ю. Секереш // Укр. хим. журнал. – 2008. – Т. 72, № 1. – С. 47–51.

11. Gomonay V. The mechanism formation of ethylene and monoxide of carboneum at heterogenous oxidation of ethane / V. Gomonay, I. Barenblat, N. Golub, K. Szekeresh // VI Ukrainian–Polish Symposium on Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications, 9–13 Sept. 2001, Odessa, Ukraine : abstracts. – Odessa, 2001. – Р. 73–75.

12. Гомонай В. І. Особливості перетворення етану на природних та модифікованих цеолітах / В. І. Гомонай, Н. П. Голуб, І. О. Баренблат, К. Ю. Секереш // Дисперсные системы: XX науч. конф. стран СНГ, 23–27 сент. 2002 р., Одесса, Украина : тези. доп. – Одесса, 2002. – С. 78–79.

13. Баренблат І. О. Природній цеоліт – каталізатор глибокого окиснення вуглеводнів / І. О. Баренблат, Н. П. Голуб, В. І. Гомонай, К. Ю. Секереш // Прикладная физическая химия : науч.-практ. конф., 27–30 октяб. 2002 г., Алушта, Украина : тез. докл. – Алушта, 2002. – С. 18–20.

14. Гомонай В. І. Моделювання процесу каталітичного окиснення н–алканів / В. І. Гомонай, Н. П. Голуб, І. О. Баренблат, К. Ю. Секереш, П. В. Гомонай // Динаміка наукових досліджень : міжнар. наук.-практ. конф., 28 жовт. – 4 лист. 2002 р., Дніпропетровськ, Україна : матер. – Дніпропетровськ, 2002. – т. 16. – С. 18–20.

15. Гомонай В. І. Окиснення природного газу на складних оксидних каталізаторах / В. І. Гомонай, Н. П. Голуб, І. О. Баренблат, К. Ю. Секереш, П. В. Гомонай // Динаміка наукових досліджень : міжнар. науково–практичної конф., 28 жовт.–4 лист. 2002 р., Дніпропетровськ, Україна : матер. – Дніпропетровськ, 2002. – т. 16. – С. 21.

16. Баренблат И. А. Особенности превращения этана на хромфосфатных катализаторах / И.А. Баренблат, Н. П. Голуб, В.И. Гомонай, П. В. Гомонай, К. Ю. Секереш // Каталитический дизайн – от исследований на молекулярном уровне к практической реализации : 1–я Междунар. школа-конф. молодых учёных по катализу, 2–6 дек. 2002 г., Новосибирск, Россия : тез. докл. – Новосибирск, 2002. – С. 183–184.

17.Голуб Н. П. Каталитическое превращение этана на сложных кобальтсодержащих системах / Н. П. Голуб, И. А. Баренблат, В. И. Гомонай, П. В. Гомонай, К. Ю. Секереш // Каталитический дизайн – от исследований на молекулярном уровне к практической реализации : 1–я Междунар. школа–конф. молодых учёных по катализу, 2–6 дек. 2002 г., Новосибирск, Россия : тез. докл. – Новосибирск, 2002. – С. 191–193.

18.Barenblat I. O. Catalyst properties of Co–Ni complex system / I. O. Barenblat, N. P. Golub, V. I. Gomonay, R. Leboda, B. Charmas // VII Ukrainian–Polish Symposium on Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications, 15–18 Sept. 2003, Lublin, Poland : abstracts. – Lublin, 2003. – Р. 16–18.

19.Golub N. P. Peculiarities of ethane oxidation on complex Mn–rich catalysts / N. P. Golub, I. O. Barenblat, V. I. Gomonay, K. Yu. Szekeresh // VII Ukrainian–Polish Symposium on Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications, 15–18 Sept. 2003, Lublin, Poland : abstracts. – Lublin, 2003. – Р. 65–66.

20.Barenblat I. O. Differential thermal analysis of complex Co, Ni–containing oxidic catalysts / I. O. Barenblat, N. P. Golub, V. I. Gomonay, K. Yu. Szekeresh, T. B. Chernyavskaya, L. M. Chonka // X Ukrainian–Polish Symposium on Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications, 26–30 Sept. 2006, Lviv–Uzlissia, Ukraine : abstracts. – Lviv–Uzlissia, 2006. – p. 1. – Р. 16–17.

21.Barenblat I. O. Catalytic methane transformation to vanadium phosphate / I. O. Barenblat, V. I. Gomonay, K. Yu. Szekeresh, N. P. Golub // X Ukrainian–Polish Symposium on Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications, 26–30 Sept. 2006, Lviv–Uzlissia, Ukraine : abstracts. – Lviv–Uzlissia, 2006. – p. 1. – Р. 18–19.

22.Szekeresh K. Yu. The influence of synthesizing condition on catalytic activity of chromium phosphate / K. Yu. Szekeresh, V. I. Gomonay, N. P. Golub, I. O. Barenblat // X Ukrainian–Polish Symposium on Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications, 26–30 Sept. 2006, Lviv–Uzlissia, Ukraine : abstracts. – Lviv–Uzlissia, 2006. – p. 2. – Р. 84.

23.Гомонай В. І. Перетворення вуглеводнів на борофосфатах / В. І. Гомонай, К. Ю. Секереш, Н. П. Голуб, І. О. Баренблат, Т.В. Чернявська // Сучасні проблеми фізичної хімії : ІІІ міжнар. конф., 31 серп.–3 вер. 2007 р., Донецьк, Україна : тез. доп. – Донецьк, 2007. – С. 4–5.

24.Гомонай В. І. Фізико-хімічні властивості борвміщуючих каталізаторів / В. І. Гомонай, К. Ю. Секереш, Н. П. Голуб, Т.В. Чернявська, І. О. Баренблат // Сучасні проблеми фізичної хімії : ІІІ міжнар. конф., 31 серп.–3 вер. 2007 р., Донецьк, Україна : тез. доп. – Донецьк, 2007. – С. 14–15.