Search academic texts

Registration Number

0821U100391, PhD dissertation

Title

Effect of the composition of Mg(II), Al(III), Zr(IV) oxide systems on their catalytic properties in the processes of gas-phase conversion of ethanol and 1-butanol with doubling of the carbon chain

Author

Valihura Karina Vitaliivna,

popup.head Soloviev Sergii Oleksandrovych
popup.opponent Sydorchuk Volodymyr Vasyliovych
popup.opponent Patrylak Lyubov Kazymyrivna
popup.review Shvets Oleksii Vasyliovych
popup.review Trypolskyi Andrii Ikkiiovych

Status

Доктор філософії, 102, Хімія

Date

03-03-2021

Description

В дисертаційній роботі розвинуто наукові підходи щодо розроблення каталізаторів багатостадійних процесів газофазного перетворення етанолу та 1-бутанолу з подвоєнням вуглецевого ланцюга. На підставі з’ясування впливу компонентів каталітичних систем MgO-Al2O3(CeOx) та ZrO2-MxOy (M = Ce, Y) на кислотно-основні характеристики поверхні та визначення способів їх регулювання запропоновано шляхи досягнення високої активності та селективності каталізаторів в процесах газофазної конверсії етанол → 1-бутанол та 1-бутанол → 2-етил-1-гексанол. Вперше реалізовано процес газофазної конденсації 1-бутанолу в 2-етил-1-гексанол в проточному режимі в присутності каталітичних Mg-Al-оксидних систем; підтверджено можливість послідовного перетворення: етанол → 1-бутанол → 2-етил-1-гексанол, за атмосферного тиску в проточному режимі, що дозволить отримувати 2-етил-1-гексанол безпосередньо з етанолу. Показано, що для ефективного перетворення вихідних спиртів у цільові продукти (1-бутанол та 2-етил-1-гексанол) бінарний оксидний каталізатор MgO-Al2O3 має включати кислотно-основні пари Льюїса (Mg-O-Al), сформовані за умов прожарювання гідроталькітів. Найбільший вихід за 1-бутанолом (18 %) досягнуто у присутності каталізатора із співвідношенням Mg/Al = 2, найбільший вихід за 2-етил-1-гексанолом (11 %) ‒ на каталізаторі зі співвідношенням Mg/Al = 1. З’ясовано, що модифікування Mg-Al оксидних систем катіонами Се3+ на стадії синтезу гідроталькітів призводить до підвищення концентрації кислотних та основних центрів на поверхні каталізаторів, що забезпечує збільшення питомої швидкості утворення 1-бутанолу порівняно з немодифікованим каталізатором. Найбільший вихід 1-бутанолу (14 %) досягається в присутності каталізатора зі співвідношенням Mg/Al/Се = 2:0,9:0,1. Визначено, що добавки CeO2, Y2O3 впливають на фазовий склад ZrO2, який визначає кислотно-основні властивості його поверхні. В результаті стабілізації тетрагональної фази ZrO2 добавками CeO2 та Y2O3 відбувається збільшення концентрації основних центрів на поверхні каталізаторів, що зумовлює підвищення селективності утворення 1-бутанолу з етанолу в їх присутності. Встановлено, що зразок з вмістом CeO2 10 %мас. характеризується найбільшою концентрацією основних центрів на поверхні серед досліджених ZrO2-CeO2 систем, що забезпечує збільшення в 2 рази селективності та продуктивності каталізатора за 1-бутанолом в порівнянні з індивідуальним ZrO2. Показано, що ведення модифікуючої добавки Y2O3 та прожарювання Zr-Y-оксидної системи за температури 500 °C сприяє збільшенню концентрації основних центрів на поверхні каталізаторів разом зі зменшенням концентрації кислотних центрів. В присутності каталізатора ZrO2-Y2O3 досягаються високі значення селективності утворення (до 70 %) та виходу 1-бутанолу (17 %). Запропоновано каталітичні системи на основі MgO-Al2O3 зі співвідношенням Mg/Al = 1 та 2 для процесів перетворення етанол → 1-бутанол та 1-бутанол → 2-етил-1-гексанол, що забезпечують показники продуктивності за 1-бутанолом 87 гBuOH/(кгкат·год) та за 2-етил-1-гексанолом 40 г2-ЕГ/(кгкат·год). Пріоритет розробки захищено патентом України на корисну модель. Виявлено, що застосування каталітичної системи ZrO2-Y2O3 (3,4 %мас. Y2О3, температура прожарювання 500 °C) в процесі перетворення етанол → 1-бутанол, забезпечує селективність за 1-бутанолом – до 70 %, з продуктивністю 27 гBuOH/(кгкат·год). Пріоритет розробки захищено патентом України на корисну модель. Зазначені каталітичні системи перспективні для створення високопродуктивних каталізаторів синтезу 1-бутанолу та 2-етил-1-гексанолу із етанолу.