Дисертаційну роботу присвячено розвитку наукових засад створення ефективних каталізаторів для гетерогенно-каталітичних процесів окиснювального перетворення СО і метану. На прикладі реакцій окиснення СО, глибокого окиснення метану, окиснювального карбонілювання метану в С2+-оксигенати (оцтову кислоту, етанол, метилацетат); а також вибіркового окиснення СО у надлишку водню показано, що основним чинником, який визначає селективність дії каталізаторів у напрямку глибокого, селективного та вибіркового окиснення є структура активного центра. Для кожного типу реакцій, незалежно від хімічної природи компонентів каталізатора, структура активного центра характеризується певними спільними ознаками. Показано, що стабілізація активного центра в реакційних умовах, зокрема, високих температур реакцій глибокого окиснення і окиснювального карбонілювання метану, а також відновлювального середовища реакції вибіркового окиснення СО забезпечується створенням певної структури нанофазного каталізатора, що визначається його структурно-розмірними характеристиками та просторовим розташуванням компонентів.
Встановлено залежності активності бінарних оксидних каталізаторів окиснення СО від розміру наночастинок компонентів, обумовлені особливостями їх структури, що виникають внаслідок різного вмісту кристалічної фази (Cr2O3-Al2O3); агломерації наночастинок (CuO-MgO, Y2O3/ZrO2, Fe2O3-Al2O3, WOx/SiO2), фазових перетворень
γ-Fe2O3 → α-Fe2O3 (Fe2O3-Al2O3); формування міжзеренних границь (Y2O3/ZrO2).
За результатами дослідження каталітичних властивостей феритів структури шпінелі MeFe2O4 (Ме = Co, Ni) встановлено вплив способу приготування на їх активність у реакції глибокого окиснення метану. З’ясовано вплив розмірного фактора на швидкість реакції, який полягає у підвищенні питомої активності феритів при зменшенні розміру їх частинок, в результаті чого досягається зниження на 100–150 °С температури повної конверсії метану.
Встановлено, що включення до складу алюмомарганцевих каталізаторів структурних і текстурних модифікаторів (оксиди La, Ba, Sr) сприяє стабілізації нанодисперсних компонентів – оксидів марганцю і метастабільних модифікацій носія -1 та забезпечує термічну стійкість каталізаторів після високотемпературної обробки. Обґрунтовано ефективність способу приготування багатокомпонентних нанофазних алюмомарганцевих каталізаторів в нерівноважних умовах з пересичених розчинів.
Вперше показано можливість перебігу газофазної реакції окиснювального карбонілювання метану з утворенням С2+-оксигенатів за використання як окисника молекулярного кисню, в присутності каталізаторів, активною фазою яких є продукти термічного розкладу селенохлоридів родію на вуглецевих і кремнеземистих носіях.
Встановлено вплив структурно-розмірних характеристик компонентів оксидних мідноцерієвих систем та хімічної природи носія (оксидів алюмінію, титану, цирконію та марганцю) на формування активних центрів каталізаторів процесу вибіркового окиснення СО у надлишку водню. Запропоновано спосіб одержання селективних каталізаторів вибіркового окиснення СО у надлишку водню шляхом інтегрування оксидів міді, церію і цирконію певного розміру в просторово-організовану систему, з утворенням активних центрів – зон міжфазної взаємодії оксидів міді та церію на поверхні діоксиду цирконію.
Розроблено нові ефективні каталізатори для промислово важливих процесів окиснювального перетворення СО й метану: нанофазні оксидні каталізатори які забезпечують повне окиснення метану до СО2 за температур 500−550 °С; оксидний мідь-церій-цирконієвий каталізатор для вибіркового окиснення СО в збагачених воднем сумішах, що забезпечує глибину очищення до 50 млн-1 СО.
Ключові слова: нанофазний каталізатор, окиснення СО, глибоке окиснення метану, окиснювальне карбонілювання метану в С2+-оксигенати, вибіркове окиснення СО у надлишку водню, структура, активність, селективність, вибірковість, активні центри.
