A katalitikus aktivitás csökkenését okozó fizikai- és kémiai átalakulások vizsgálata 'vas oxidot' tartalmazó heterogén katalizátoroknál = Investigation of the physical and chemical influences leading to catalyst fouling in the case of iron oxide content heterogeneous catalysts

摘要

A T 048769 számú OTKA téma feladata az volt, hogy i) hőálló mezopórusos szilika katalizátor hordozót készítsen (szén-) nanocső szintézishez; ii) mérsékelten nagy fajlagos felületű hordozót állítson elő, melyre a számos vas oxid módosulat közül a benzol szelektív katalitikus oxidációjában legaktívabbnak vélt ferrihidrit, magnetit, maghemit és hematit leválasztható, Mössbauer- és ESR spektruma tanulmányozható és aktivitása tesztelhető. A legfontosabb megállapítások, ad i): Vízüveg kiindulási anyagot használva Si forrásként alkálikus közegben nem alakul ki hexagonális szilika szerkezet. A (keveréstől függően) 2-30 µm-es szemcsék 15-20 nm-es SiO2-gél és kristályos SiO2 módosulatok (β-tridimit és kvarc) rendezetlen halmazából állnak. TEOS adagolásával a vízüveg ortoszilikát összetevője növelhető, ami elősegíti a hexagonális rendeződést. A vizsgálatok más megvilágításba helyezték a felhasznált felületaktív anyagok ("surfactants") és a szilikát összetevő kölcsönhatását. Ad ii): A felsorolt vas oxid-féleségek ESR spektrumait számítógéppel összetevőikre felbontva ("dekonvolúció") a Mössbauer spektrumokban sikerült megtalálni ugyanezeket az összetevőket, így az Ar előfordulási gyakoriságok segítségével becsülhetővé váltak az ESR átmeneti valószínűségek. A minták aktivitásának tesztelése arra a furcsa (de nem meglepő) eredményre vezetett, hogy a minták katalitikus aktivitását ferrihidrit tartalmuk és/vagy a rácshibák gyakorisága határozza meg. | The OTKA project No. T 048769 was aiming to solve two well defined tasks: i) to synthesize a catalyst carrier ('silica') exhibiting mezoporous structure and having high thermal/hydrothermal stability in (carbon) nanotube synthesis; ii). to prepare another carrier onto various iron oxide polymorphs (like ferrihydrite, magnetite, maghemite and hematite) can be deposited. The Mössbauer- and EPR spectra of these samples should be registered and their activities tested in the selective catalytic oxidation of benzene. Referring to i): it has been found that using water-glass as Si source the silica grains in 2-30 µm size are agglomerates of very little (15-20 nm) hydrated amorphous and crystalline (β-tridymite and quartz) SiO2 particles in random arrangement. Modifying the orthosilicic content of the water-glass by admixing TEOS, the degree of hexagonal ordering can be influenced. Ad ii): PC deconvolution of the EPR spectra permitted to estimate the EPR transition probabilities by comparing the relevant spectral pairs in the Mössbauer and EPR spectra. The testing of activities revealed that the catalytic activities were depending on the ferrihydrite content of the various samples and/or the probabilities of structural defects.