Изучение катализаторов ru

УДК 621.039.53 Перспективные технологии и материалы атомной промышленности
Л.С. ХАРИТОНОВА, О.С. БЫСТРОВА, О.А. БОЕВА,
К.Н. ЖАВОРОНКОВА
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва
ИЗУЧЕНИЕ КАТАЛИЗАТОРОВ Ru/ СИБУНИТ
C РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ РУТЕНИЯ В РЕАКЦИИ
ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ВОДОРОДА
В результате проведенного исследования рутениевых катализаторов с содержанием Ru 1%, 2% и 4% в реакции низкотемпературного изотопного обмена водорода выявлены закономерности протекания реакции, рассчитаны значения порядка реакции и энергии активации процесса, описан механизм протекания обмена. Рутениевые катализаторы являются наиболее активными в реакции разложения HD.
Использование каталитической реакции гомомолекулярного изотопного обмена (ГМИО) водорода представляет интерес как для глубокого понимания механизма ряда процессов, идущих с участием водорода (гидрирование ненасыщенных соединений, получение NH3, конверсия метана,
синтез Фишера-Тропша), так и для промышленного получения дейтерия.
Как известно, одним из основных способов получения D2 является низкотемпературная ректификация водорода. Преимуществом этого способа по
сравнению с другими (химический изотопный обмен в системах H2О –
H2S, Н2 – NH3, CH3NH2) является его максимальная экологичность. В данном процессе одной из необходимых стадий при переходе от начального
концентрирования дейтерия к конечному является каталитическое разложение HD по реакции:
2HD ↔ H2 + D2
При низких температурах равновесие этой реакции смещено в сторону
образования гомоядерных форм (так при температуре жидкого водорода
Т=20,4 К константа равновесия Кр=6,6). На практике эту реакцию проводят при температуре ~ 300 К, когда К р=0,3, и глубина превращения невелика. Кроме того, проведение разложения HD при 300 К связано с затратами на повторное охлаждение потока, что увеличивает стоимость продукта. Использование катализатора реакции ГМИО, обладающего высокой каталитической активностью при низких температурах (77 К и ниже),
позволило бы снизить энергетические затраты.
В качестве объекта данного исследования был выбран катализатор нового поколения – рутений, нанесенный на сибунит (углерод-углеродный
композиционный материал). Рутениевые катализаторы с разным содержа50
ISBN 5-7262-0559-6. IV Конференция «Научно-инновационное сотрудничество». Часть 2
УДК 621.039.53 Перспективные технологии и материалы атомной промышленности
нием Ru (4 % Ru/сибунит, 2 % Ru/сибунит, 1 % Ru/сибунит) были синтезированы в институте проблем переработки углеводородов Сибирского
отделения Российской академии наук в лаборатории профессора П.Г, Цырульникова. Катализаторы готовили путем нанесения на сибунит аммиачного комплекса рутения в хлоридной форме с последующим восстановлением при температуре 350 ºС в течение 6 часов. Дисперсность нанесенного рутения по хемосорбции СО составляет 22 %.
На всех катализаторах изучали зависимость удельной каталитической
активности от температуры в следующих условиях:
 давление 66,7 Па;
 диапазон температур 77 ÷ 673 К.
По полученным результатам можно сделать следующие выводы:
 каталитическая активность при 77 К на всех нанесенных катализаторах и пленках рутения практически одинакова;
 влияние сибунита как носителя проявляется в снижении как значений каталитической активности, так и энергии активации. Чем
меньше процент нанесенного металла, тем ниже значения энергии
активации;
 выявлено влияние концентрации нанесенного металла на активность: при увеличении концентрации металла в 2 раза (с 2 % до 4 %
масс Ru) мы наблюдали увеличение значений Куд от 1,2 раз при
77 К, до 2 раз при 300 К;
 выявлено влияние концентрации нанесенного металла на механизмы реакции изотопного обмена: на 4 % Ru/сибунит, начиная с температуры 300 К, наблюдалась смена механизма реакции с увеличением энергии активации процесса, в то время как на 2 % и 1 %
Ru/сибунит механизм обмена во всем исследованном интервале
температур не изменялся.
Таким образом, катализатор Ru/сибунит можно рекомендовать для
дальнейших исследований в промышленных условиях в процессе низкотемпературного разложения HD.
ISBN 5-7262-0559-6. IV Конференция «Научно-инновационное сотрудничество». Часть 2
51