E-Book Overview
Атомы переходных металлов, будучи внедренными в структуру микропористых твердых тел - цеолитов и других молекулярных сит, могут существенно изменить их свойства как каталитических материалов. Приведены примеры процессов, в которых железо- и кобальтсодержащие молекулярные сита обнаруживают необычные функциональные свойства, отличающие их от других гетерогенных катализаторов
E-Book Content
ХИМИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА МОЛЕКУЛЯРНЫХ СИТ М. В. ВИШНЕЦКАЯ Государственная академия нефти и газа им. И.М. Губкина Б. В. РОМАНОВСКИЙ Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ВВЕДЕНИЕ REDOX BEHAVIOR OF MOLECULAR SIEVES M. V. VISHNETSKAYA, B. V. ROMANOVSKY © Вишнецкая М.В., Романовский Б.В., 2000 Incorporating the transition metal atoms into a structure of microporous solids such as zeolites and other molecular sieves may result in substantial changes in their behavior as catalytic materials. Some examples of processes where iron and cobalt containing molecular sieves exhibit rather unusual functional properties different from that of common heterogeneous catalysts are given. 40 Атомы переходных металлов, будучи внедренными в структуру микропористых твердых тел – цеолитов и других молекулярных сит, могут существенно изменить их свойства как каталитических материалов. Приведены примеры процессов, в которых железо- и кобальтсодержащие молекулярные сита обнаруживают необычные функциональные свойства, отличающие их от других гетерогенных катализаторов. Впервые синтетические молекулярные сита – цеолиты, которые представляют собой пористые кристаллические тела, обладающие геометрически правильной системой свободных каналов и полостей молекулярных размеров (от 0,3 до 10 нм), – были получены почти 50 лет назад. Физические и физико-химические свойства цеолитов оказались столь привлекательными с точки зрения практического использования в качестве катализаторов и адсорбентов [1–4], что они быстро вытеснили традиционные материалы, применявшиеся ранее в таких важных отраслях промышленности, как нефтепереработка, нефтехимия, и других областях техники и производства. Сейчас мировое производство цеолитов и аналогичных им микропористых твердых тел составляет несколько сот тысяч тонн в год и продолжает непрерывно расширяться. И в то же время, несмотря на очевидные научные и практические достижения в области синтеза и использования молекулярных сит, их потенциальные возможности как многофункциональных материалов далеко не исчерпаны. Поэтому вполне понятно, что интерес со стороны ученых-химиков к исследованию и перспективам практического применения таких материалов не ослабевает в течение долгого времени. Первые синтетические цеолиты представляли собой пористые кристаллические тела, содержащие только Al и Si в качестве структурообразующих атомов. Их строение схематически можно изобразить следующим образом: Na+ Si www.issep.rssi.ru O Al O Si O Si Основными строительными единицами цеолитов являются тетраэдры AlO4/2 и SiО4/2 , каждый из которых С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , Т О М 6 , № 3 , 2 0 0 0 ХИМИЯ соединяется с четырьмя соседними через общие атомы О (отсюда и такое необычное обозначение тетраэдров – с половинками атомов кислорода) и образует трехмерную кристаллическую структуру. В свободные пространства этой структуры – каналы и полости – проникают многие неорганические и органические молекулы, такие как вода, аммиак, метанол, бензол. В тетраэдрах AlO4/2 и SiО4/2 каждый атом кремния и алюминия, которые принято называть решеточными атомами, координирует четыре атома кислорода, но поскольку тетраэдрический атом Al трехзаряден, то избыточный отрицательный заряд должен нейтрализоваться однозарядным катионом. При синтезе цеолитов рол