Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов

Диссертационная работа:

Сухарев Сергей Борисович. Синтез, свойства оксидгидратов металлов и их применение в сорбционных и каталитических процессах : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.02 / Сухарев Сергей Борисович; [Место защиты: Ур. гос. техн. ун-т].- Екатеринбург, 2008.- 180 с.: ил. РГБ ОД, 61 08-5/1472

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОРБЕНТЫ И КАТАЛИЗАТОРЫ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ И ГИДРОКСИДОВ. ИХ СИНТЕЗ, СТРУКТУРА, СОРБЦИОННЫЕ И КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР) 10

1.1. Сорбенты и неорганические ионообменники на основе оксидов и гидроксидов. Их синтез 10

1.2. Основные закономерности ионного обмена и сорбции на оксидах и гидроксидах 14

1.3. Физико-химические свойства и синтез катализаторов на основе оксидов и гидроксидов 25

1.3.1. Физико-химические свойства катализаторов 25

1.3.2. Синтез и модификация катализаторов 27

1.3.3. Опыт использования диоксида циркония (ДЦ ) в каталитических процессах органического синтеза 31

1.4. Постановка работы. Цель и задачи исследования 34

ГЛАВА 2. СИНТЕЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ИОНИТОВ И КАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИДОВ. ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ 38

2.1. Иониты на основе гидроксидов. Методы и условия синтеза 38

2.2. Физико-химические и ионообменные свойства гранулированных гидроксидов 40

2.3. Синтез носителей каталитических композиций 52

ГЛАВА 3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНОВ-КАТАЛИТИЧЕСКИ-АКТИВНЫХ КОМПОНЕНТОВ С ГИДРОКСИДАМИ В ПРОЦЕССЕ СОРБЦИИ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ 92

3.1 Сорбция ионов ванадия и молибдена гранулированными гидроксидами металлов 92

3.4. Сорбция селена и теллура гранулированными гидроксидами металлов 100

3.5. Общие закономерности сорбции на гидроксидах металлов 102.

ГЛАВА 4. СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ И ГИДРОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ. КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ И

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ 106

4.1. Выбор состава каталитических композиций 106

4.2. Синтез и исследование каталитических композиций на основе диоксида циркония 116

4.3. Квантово-химические расчеты электронной структуры катализаторов на основе диоксида циркония, теоретический прогноз их каталитических свойств 127

ГЛАВА 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СОРБЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОТХОДОВ И СТОЧНЫХ ВОД 140

5.1. Переработка отходов производства, содержащих сорбционно и каталитически-активные компоненты 140

5.2. Переработка молибденсодержащих катализаторов и сорбентов 145

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 152

ЛИТЕРАТУРА 154

ПРИЛОЖЕНИЯ 1  

Введение к работе:

Быстрое развитие ядерной энергетики, космической техники, электронной, электротехнической промышленности и других отраслей, особо чистых и специальных материалов, требует постоянного совершенствования технологии в производстве цветных металлов, редких, рассеянных и радиоактивных веществ за счет комплексной переработки всех видов сырья, в том числе регенерации техногенных отходов, разработки и внедрения новых и эффективных гидрометаллургических процессов и технологических схем.

В этом отношении перспективными являются методы ионного обмена и сорбции. Их использование обеспечивает высокую степень извлечения, концентрирования и разделения близких по свойствам элементов, получение высокочистых веществ. Широкое применение методы ионного обмена и сорбции получили в гидрометаллургии урана, в радиохимической промышленности при выделении трансурановых и транскюриевых элементов, радионуклидов, а также в процессах обезвреживания и дезактивации технологических отходов. При этом применяются как органические ионообменные материалы, так и неорганические иониты. Последние отличаются повышенной термической и радиационной устойчивостью, избирательностью по отношению к отдельным ионам, доступностью и легкостью синтеза. Отмеченные свойства обуславливают повышенный интерес исследователей к указанному классу материалов, постоянный рост количества работ по синтезу различных нерастворимых неорганических соединений, обладающих сорбционными свойствами. Среди таких соединений выделяется широкий класс веществ -оксиды и гидроксиды. Сорбенты на их основе нашли эффективное применение при решении задач технологии чистых радиоактивных изотопов и очистки сточных вод от продуктов деления. В настоящее время иониты оксидно-гидроксидного типа применяются для избирательного извлечения лития, рубидия, цезия, мышьяка, урана, а также радионуклидов из рассолов, природных и термальных вод, из морской и океанической воды, получения высокочистых веществ для волоконной и специальной оптики, лазерной техники, микрорадиоэлектроники, и т.д. Области применения указанного класса ио-нитов расширяются. Однако практическое использование оксидов и гидро-ксидов в значительной степени сдерживается недостаточной изученностью природы и механизма сорбционного и физико-химического взаимодействия в системах с их участием [1]. Это объясняется сложностью и неопределенностью структуры оксидов и гидроксидов, разнообразием проявляемых свойств, сильно зависящих от условий синтеза. Наиболее полно изучено взаимодействие ионов, находящихся в растворах в микроконцентрациях, и радионуклидов в процессах соосаждения и сорбции аморфными осадками гидроксидов [2]. Наибольшее количество публикаций в этой области связано с именем В.В.Вольхина, Ю.В. Егорова, 3. Коларжика, Дж. и М. Курбатовых, Ю.В. Морачевского и А.И. Новикова, В.И Плотникова, В.Т. Чуйко. Исследования по соосаждению и сорбции макроколичеств ионов были направлены на разработку методов и схем очистки производственных технологических отходов (например, от мышьяка [3]). Весомый вклад в установление основных закономерностей сорбции в динамических условиях на гидроксиде железа внесли B.C. Пахолков с сотрудниками [3, 4-7]. Были разработаны и испытаны технологические схемы и способы очистки термальных вод Паратунского и Паужетского месторождений на Камчатке от мышьяка и других вредных веществ, тонкой очистки растворов фторберрилата аммония, получения фтористого аммония, свободного от примесей фосфора и ряд других. В последнее время признано перспективным использование сорбционных процессов в синтезе композиционных материалов, в том числе сверхпроводящих, катализаторов и других веществ с уникальными свойствами.

Настоящая диссертационная работа посвящена изучению сорбционного взаимодействия ионов с гранулированными методом замораживания гелями гидроксидов меди, цинка, никеля, алюминия, железа, лантана, титана, циркония в водных растворах различных электролитах. Выбор объекта для исследования обусловлен явно недостаточной изученностью законов сорбционного взаимодействия в системах с оксидами и гидроксидами, необходимостью решения различных задач по извлечению, концентрированию ценных компонентов, очистки их от примесей, а также получения сорбционным путем с последующей термообработкой композиционных материалов и высокочистых соединений для ядерной энергетики и катализаторов.

Общей целью диссертационной работы является исследование закономерностей синтеза оксидно-гидроксидных материалов, сорбционного взаимодействия в системах с их участием и использование полученных результатов для разработки новых способов извлечения, концентрирования элементов из водных растворов, переработки отходов производства и получения композиционных материалов (катализаторов)

Актуальность работы

Уникальные свойства оксидов и гидроксидов, проявляющиеся в технологических процессах по извлечению, концентрированию элементов из водных растворов, по синтезу композиционных материалов, катализаторов, высокочистых, полупроводниковых, сверхпроводящих и др. веществ для различных областей техники обусловливают повышенный интерес специалистов к этому классу соединений. В последнее время расширился круг изучаемых сорбционных явлений, предпринимаются попытки создания теории сорбции, описывающей всю совокупность элементарных процессов сорбционного взаимодействия, однако разрыв между макроскопическим и молекулярным описанием их еще не преодолен. Это требует постановки с одной стороны более глубоких исследований, с другой - обобщения наработанных данных на базе теоретических и полуэмпирических моделей, в основу которых заложены реальные представления о механизме процесса.

Особый интерес представляет проявление сорбционных свойств в каталитических процессах, где реакции с оксидами и гидроксидами происходят без изменения их состава за счет взаимодействия электронных структур реагирующих компонентов, для которых применимы квантово- химические расчеты, позволяющие прогнозировать каталитическую активность. Теоретические расчеты, результаты экспериментальных исследований каталитических процессов углубляют наши знания о свойствах оксидов и гидроксидов.

Установление новых закономерностей физико-химического взаимодействия в системах с оксидами и гидроксидами открывает возможности их более эффективного применения в технологии редких, рассеянных и радиоактивных веществ, создании востребованных техническим прогрессом перспективных материалов и решении актуальных экологических проблем, возникающих в производстве редких металлов, сопровождающемся образованием большого количества высокотоксичных отходов. Обезвреживание этих отходов с одновременным извлечением ценных компонентов основывается на знании закономерностей поведения ионов в водных растворах, в которых содержатся или образуются гидроксиды (оксиды) металлов.

Важной практической задачей является разработка способов использования значительного количества отходов или полупродуктов производства (например, гидроксидов циркония и гафния), не находящих пока экономически целесообразного применения.

Сегодня в ОАО «Чепецкий механический завод» в производстве циркония и молибденового концентрата стоит задача расширения номенклатуры товарной продукции, получаемой из промежуточных технологических продуктов и отходов производств. Настоящая работа направлена на решение проблем по диверсификации производства, а так же снижения техногенного воздействия на окружающую среду и выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Национальная технологическая база».

• Настоящая диссертационная работа является обобщением результатов исследований, выполненных лично автором и под его руководством за 20 лет (1988- 2008) и посвящена изучению физико-химических основ процессов сорбции на гидроксидах металлов, синтеза сорбентов и катализаторов, разработке технологических процессов для извлечения и концентрирования элементов из водных растворов, очистки сточных вод, переработки отходов производства редких металлов. Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые сформулированы принципы управления синтезом неорганических оксигидратных материалов с воспроизводимыми свойствами, основанные на результатах исследований кинетики формирования полиядерных гидроксо комплексов;

- установлены закономерности и особенности сорбции макроколичеств d- и f-элементов синтезированными в оптимальных условиях, гранулированными методом замораживания гидроксидами металлов различных классов из водных растворов в динамических условиях. Показано определяющее влияние прочности гидроксокомплексов, образующихся в фазе раствора и сорбента.

- установлен химизм сорбции ионов оксигидратами. Показано, что в зависимости от свойств гидроксида, наряду с ионным обменом, в большей или меньшей степени проявляется химическое взаимодействие сорбата и сорбента с образованием соответствующих соединений, в том числе гидроксосое-динений.

- впервые проведен статистический анализ изменения рельефа поверхности гидроксидных пленок в зависимости от состава и условий получения. Установлено, что управление процессом образования в растворах полимерных структурированных гидроксоформ до выделения золя оказывает решающее влияние на структуру и физико-химические свойства осадков.

- впервые исследованы процессы синтеза катализаторов при использовании в качестве носителей криогранулированных оксигидратов металлов. Предложен способ оценки каталитической активности и проведены испытания катализаторов. Предложен метод прогнозирования каталитической активности катализаторов на основе гидроксида циркония.

Практическая ценность работы:

Разработаны новые способы и технологические схемы сорбционной очистки сточных вод.

Исследованы возможности использования отходов производства в качестве сорбирующих материалов. Установлена высокая эффективность при 9 менения криогранулированных гидроксидов для извлечения ионов из водных растворов

Разработана технология синтеза эффективных катализаторов для нефтехимической промышленности на основе диоксида циркония.

Разработана и апробирована в производственных условиях технология переработки отработанных молибденсодержащих катализаторов и других отходов с применением сорбционной очистки сточных вод и получением каталитической композиции на основе диоксида циркония. 

Апробация работы. Результаты работы представлялись на 7 научных конференциях, семинарах и выставках, в том числе на: Четвертой международной конференции «Благородные и редкие металлы» («БРМ-2003», Донецк, 2003г.), XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии в секции «Нефтехимия и катализ» (Казань, 2003г.), III Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации» (Россия, Иваново, 2004 г.), V Российской конференции «Научные основы приготовления и технологии катализаторов» и IV Российской конференции «Проблемы дезактивации катализаторов» (Омск, 2004г.), V научной конференции «Успехи современного естествознания» (Сочи, 2004 г.), Всероссийской конференции «Актуальные проблемы физической химии твердого тела.» (Екатеринбург, 2005г.).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 6 статьях. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений, содержит 177 страниц, включая 65 рисунков, 27 таблиц и список использованной литературы из 244 наименований.  

Подобные работы
Сачков Виктор Иванович
Синтез и свойства нанодисперсного полупроводникового оксида индия, легированного оловом
Сафиулина Алфия Минеровна
Двухфазные водные системы с полиэтиленгликолем и их применение для очистки фосфатных солей от примесей урана и ряда других металлов
Андрусенко Александр Иванович
Разработка и применение процессов электроимпульсного разупрочнения углеродистых сталей и сплавов цветных металлов в операциях холодной листовой штамповки
Денисов Михаил Александрович
Разработка и применение методов теплофизического исследования резервов ресурсосбережения в процессах нагрева металла
Майстренко Андрей Васильевич
Синтез, исследование и применения алгоритмов цифрового дифференцирования сигналов в системах автоматического регулирования процессов
Калашников Павел Александрович
Повышение эффективности изготовления цилиндрических зубчатых передач за счет применения процесса непрерывного обкатного зубошлифования с радиально-диагональным движением подачи
Посадский Сергей Геннадьевич
Повышение эффективности процесса холодной прокатки проволоки на основе применения совмещенного процесса деформирования в приводных и неприводных валках
Плешакова Нина Александровна
Исследование нефти Русского месторождения и разработка технологии получения масел с применением гидрокаталитических процессов
Горелова Ирина Александровна
Повышение эффективности изготовления трубных переходов на основе применения совмещенного процесса "раздача-обжим"
Петров Михаил Александрович
Повышение эффективности наборных операций объемной штамповки за счет применения комбинированного процесса высадки и поперечного выдавливания с "бегущим" очагом деформации

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net