*111141*

Докторант PhD Гудун К.А., д.х.н., профессор Байкенов М.И.,

магистрант Тусипхан А., студент Арбуз Г.С., профессор Ма Фэн Юн^*

Карагандинский государственный университет им.Е.А.Букетова, Казахстан

^*Сыньцзяньский университет, КНР

Каталитическая гидрогенизация модельных объектов в присутствии нанокатализатора β-FeOOH

На данный момент поиск новых катализаторов и разработка новых технологий переработки твердого углеродного сырья и нефтяных остатков являются одним из главных направлений в развитии энергетики и нефтехимической промышленности. Одна из главных задач при гидрировании тяжелого углеводородного сырья – повышение эффективности гетерогенно-каталитических реакций. Следственно, большое внимание уделяется разработке научных подходов при создании каталитических систем нового поколения, обладающих повышенной активностью и селективностью. Рассматриваются множество вариантов приготовления катализаторов гидрирования, в частности нанокатализаторов, при различных условиях.

В данной работе рассматривается зависимость выхода продуктов от количества добавляемого нанокатализатора.

Нанокатализатор был получен по методике, описываемой в работе [1]. В 150 л деионизированной воды растворяли FeCl₃·6H₂O до получения раствора с концентрацией Fe³⁺ 0,04 моль/л. Поученный раствор выдержали в термостате при температуре 76 – 80 ºС в течение 12 часов при перемешивании. После этого выпавший осадок отфильтровали и сушили при комнатной температуре.

Полученный образец исследовали рентгеноструктурным анализом с помощью дифрактометра Philips X'Pert PRO MRD (рисунок 1).

Рис.1 – Рентгеновская дифрактограмма полученного нанокатализатора β-FeOOH

Электронно-микроскопический снимок поверхности катализатора был получен с помощью сканирующего зондового микроскопа JSPM-5400 (рисунок 2). Из рисунка 2 видно, что полученные частицы соответствуют по размерам наночастицам.

Рис.2 – Электронно-микроскопический снимок полученного нанокатализатора β-FeOOH

Гидрогенизацию модельного объекта (антрацена) проводили в автовклаве объемом 0,05 л. Предварительно перемешанную смесь антрацена с нанокатализатором β-FeOOH помещали в автоклав, закрывали его. Подавали избыток водорода давлением 4МПа. После чего автоклав нагревали до 400 ºС в течение часа. После вскрытия автоклава через 24 часа, образованные продукты промывали бензолом.

Полученные продукты исследовали на хромато-масс-спектрометре Agilent 7890A. Для идентификации веществ использовались библиотеки масс-спектров NIST, WiLey.

Условия проведения процесса гидрогенизации антрацена в присутствии нанокатализатораβ-FeOOHприведены в таблице 1.

Таблица 1. Условия проведения гидрогенизации антрацена

№ опыта	Антрацен, г	Катализатор		Т, ºС	Р, МПа	τ, мин
		г	%
1	2	0,02	1	400	4	60
2	2	0,01	0,5	400	4	60
3	2	0,002	0,1	400	4	60

В результате процесса гидрогенизации при добавлении 1% катализатора выход продуктов гидрирования составил около 65%, выход продуктов деструкции – 6,4% (Таб. 2).

При добавлении 0,5% катализатора выход продуктов гидрирования составил 54, 85%, а выход продуктов деструкции – 7,9% (Таб. 2).

При добавлении 0,1% катализатора выход продуктов гидрирования составил 55%, а деструкции – 22,9% (Таб. 2).

Таблица 2. Выход продуктов процесса гидрогенизации антрацена (номера соответствуют номеру опыта в таблице 1).

Название	Структурная формула	Выход продуктов,%
		1	2	3
Циклогексилбензол		незнач	3,86	7
2-бутилнафталин		незнач	–	2,9
2-этил-1,1'-дифенил		6,4	7,90	20
9,10-дигидроантрацен		29,1	21,65	20
1,2,3,4-тетрагидроантрацен		35,7	29,35	28
антрацен		28,7	37,24	21

Таким образом, видно, что при уменьшении количества катализатора выход продуктов гидрирования уменьшается, а выход продуктов деструкции увеличивается.

Для сравнения провели процесс гидрогенизации со структурным изомером антрацена – фенантреном. Процесс гидрогенизации проводили при аналогичных условиях (Таб.3).

Таблица 3. Условия проведения гидрогенизации фенантрена в присутствии нанокатализатора β-FeOOH

№ опыта	Фенантрен, г	Катализатор		Т, ºС	Р, МПа	τ, мин
		г	%
1	1	0,01	1	400	4	60

Полученные данные процесса гидрогенизации фенантрена приведены в таблице 4. Из таблицы 4 видно, что выход продуктов гидрирования составил 48,29%, выход продуктов деструкции – 14,57%, непрореагировавшее вещество – 23,30%

Таблица 4. Выход продуктов процесса гидрогенизации фенантрена

Название	Структурная формула	Выход продуктов, %
Нафталин		14,57
Флуорен		35,15
9,10-дигидрофенантрен		26,98
Фенантрен		23,30

Следует отметить, что в аналогичных условиях антрацен дает заметно больше продуктов гидрирования, чем фенантрен. Это хорошо согласуется с литературными данными, которые показывают, что из углеводородов с 3 и более кольцами линеарные быстрее гидрируются, чем ангулярные [2]

Таким образом, из полученных следует, что гидрогенизация полиароматических углеводородов в присутствии нанокатализатора β-FeOOH зависит от количества катализатора. При уменьшении количества катализатора в процессе гидрогенизации антрацена выход продуктов гидрирования уменьшился, а выход продуктов деструкции увеличился.

Работа проводилась при финансовой поддержке Key Laboratory of Oil & Gas Fine Chemicals, Ministry of Education & Xinjiang Uyghur Autonomous Region, Xingjian University

Литература:

1. Yuanzhe Piao, Jaeyun Kim, etc. Wrap-bake-peel process for nanostructural transformation from β-FeOOH nanorods to biocompatible iron oxide nanocapsules // Nature materials, Vol. 7, March 2008.

2. Калечиц И.В. Моделирование ожижения угля. – М: ИВТАН. – 1999. – 229 с.