Композитные мембраны для извлечения водорода из газовых смесей, каталитические системы для паровой или углекислотной конверсии метана, детоксикации выхлопных газов и гидрогенизации оксидов углерода тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

ВЫВОДЫ и температурах 373-873 К, предназначенный для атомных электростанций и предприятий атомной промышленности.

3. С использованием разработанной технологии магнетронного нанесения каталитически активного металла на различные поверхности созданы термокаталитические сенсоры для определения содержания водорода, монооксида углерода и углеводородов в воздухе, а также сенсор для определения микропримесей кислорода в водороде. Сенсоры для определения водорода в воздухе были успешно использованы для геологической разведки локальных разломов земной коры, а сенсоры для определения кислорода в водороде - для контроля чистоты последнего в установках изготовления интегральных схем.

4. Обнаружено, что адсорбция паров воды на поверхности сплава палладий-рутений ингибирует окисление водорода кислородом и предотвращает снижение соединениями серы и углерода водородопроницаемости композитной мембраны, а проведение на ней каталитической гидрогенизации оксидов углерода увеличивает скорость проникновения водорода.

5. Показано, что извлечение водорода композитной мембраной из реактора паровой конверсии метана (ПКМ) позволяет, не только увеличить производительность процесса, но и снизить его температуру на 150 градусов, что дает возможность использовать для изготовления реакторов менее дорогие стали.

6. Найдена каталитическая система из ультрадисперсных порошков металлов , группы железа в инертном носителе для углекислотной конверсии метана (УКМ) и предложен механизм этой реакции.

7. Разработаны каталитические системы получения олефинов гидрогенизацией ди- и монооксидов углерода при атмосферном давлении, установлена определяющая роль адсорбированных форм водорода в диссоциативной адсорбции диоксида углерода на катализаторе при образовании этилена и пропилена.

8. Обнаружен синэргетический эффект металлов группы железа в гидрогенизации диоксида углерода до олефинов, в окислении монооксида углерода кислородом, а также в восстановлении оксидов азота монооксидом углерода,

9. Предложен механизм каталитического восстановления оксидов азота

• монооксидом углерода. . на каталитических системах из ультрадисперсных порошков металлов в инертном носителе по двум маршрутам * через стадию образования закиси азота или через диссоциативную адсорбцию N0 ведущую к образованию свободного азота. Показано, что с, ростом размеров частиц металла возрастает вероятность восстановления N0 по второму маршруту и суммарная скорость реакции.

10. Разработаны успешно прошедшие стендовые испытания на двигателе каталитические системы для совместной детоксикации монооксида углерода, оксидов азота и углеводородов в присутствии кислорода и паров воды.

Основное содержание диссертации изложено , в следующих публикациях:

1. Грязное В.М., Гульянова С.Г., Палишкин М.В., Серов Ю.М. Гидрогенизация диоксида углерода на мембранном катализаторе с рутениевым покрытием. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1980. -Т.23. -№5. -С.593-597.

2. Грязное В.М., Гульянова С.Г., Ягодовский В.Д., Серов Ю:М. Некоторые особенности гидрогенизации С02 на палладий-рутениевом катализаторе с никелевым покрытием. Журн. физ. химии. 1981. -Т.55. -№ 5, -С. 10.36-1037.

3. Серов Ю.М., Грязнов В.М., Гульянова С.Г. Использование мембранных катализаторов для извлечения водорода из смесей с СО и СОг. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1981.-Т:24.-№3.-C.32I-323.

4. Серов Ю.М. Гидрогенизация диоксида углерода на мембранных катализаторах с никелевым и рутениевым покрытием // III конференция молодых ученых УДН: Тез.докл. 1980. Деп. ВИНИТИ 25.06.1980 г., №2583.

5. Гурьянова О.С., Гульянова С.Г., Грязнов В.М., Серов Ю.М. Взаимодействие монооксида углерода с водородом, диффундирующим через Pd-Ru мембранный катализатор//ХУШ научная конференция молодых ученых и специалистов факультета физико-математических и естественных, наук: Тез.докл. -М, изд-во УДН, 1982.-Т.2.-С.6-9. Деп.ВИНИТИ 15.07.82, № 3814.

6. Seröv Ju.M., Pozdeev V.V., Shiriaev V.C. The effect of gamma-radiation on liquafication process of lignite/zlnternational congress on coal penetration: Book of abstracts. -Dubrovnik, Ugoslavia, 1982. -P.71.

7. Гурьянова O.C., Серов Ю.М. Изучение водородопроницаемости мембраны из сплава Pd с 10 мас.% Ru и ее каталитических свойств в отношении реакции гидрирования CO//XVIII научная конференция молодых, ученых и специалистов факультета физико-математических и естественных наук: М., изд-во УДН, 1982.-С.13.

8. Серов Ю.М., Ушакова Г.И., Ширяев В.К., Крылова H.H., Поздеев В.В; Изучение кинетики гидрогенизации угля // IV совещание по химии и технологии твердых топлив: Тез.докл. -М., 1982. -С.100-103.

9. Серов Ю.М., Жерносек В.М., Грязнов В.М., Гульянова С.Г. Изучение кинетики гидрогенизации СОг на водородопроницаемых палладий-рутениевых мембранных катализаторах с никелевым покрытием. Кинет, и катал. 1983. -Т.24. -№2. -С.362-366.

10. Грязнов В.М., Гульянова С.Г., Серов Ю.М. Превращение СОг на палладий-рутениевом мембранном катализаторе с никелевым покрытием, содержащим лантан. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1983. -Т.26. -Выл.7.-С.882-883.

11. Грязной В.М., Гульянова С.Г., Серов Ю.М. Изучение конверсии СОг на водородопроницаемом Pd-Ru катализаторе с родиевым покрытием. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1983. -Т:26. -Вып.9. -С>1140-1141.

12. А.С.1195888 СССР, МКИ5 В Ol D 53/22 Аппарат для радиационно-химических процессов./ Ветров Е.И., Ширяев В.К., Поздеев В.В., Серов Ю.М:, СССР,-Зс : Ил.

13. Гурьянова О.С., Гульянова С.Г., Грязнов В.М., Серов Ю.М. Гидрирование СО на водородопроницаемых мембранных катализаторах при атмосферном : давлении// Всесоюзное совещание "Химический синтез на основе одноуглеродных молекул": Тез.докл.-М., 1984.-С.28-29.

14. Серов Ю.М. Гурьянова О.С., Гульянова С.Г. Сплавы . палладия -катализаторы гидрогенизации оксидов углерода. В сб.: Мембранные катализаторы, проницаемые для водорода и кислорода. -М., 1985.-С. 129-14 £.

15. Серов Ю.М., Ушакова Г.И., Ширяев В.К. Кинетика каталитической гидрогенизации сажи ПМ-100. Журн. физ. химии, 1985. -Т.59. -№8. -С. 1941-1945.

16. Гурьянова О.С., Гульянова С.Г., Грязное В.М., Серов Ю.М. Превращение СО на палладий-никелевом сплаве, насыщенном водородом. Журн. физ. химии. 1986. -Т.60. -№. -С.206-208.

7 Гурьянова О.С., Гульянова С.Г., Грязное В.М, Серов Ю.М. Получение олефинов гидрогенизацией СО на водородопроницаемых мембранных катализаторах при атмосферном давлении // Всесоюзная конференция "Химия непредельных соединений": Тез.докл. -Казань, 1986. -Ч.З. -С. 109.

18. Гурьянова О.С., Лапидус А.Л., Дмитриев Р.Г., Гульянова С.Г., Грязное В.М., Серов Ю.М. Адсорбция и диспропорционирование СО на палладиевых сплавах. Изв. АН СССР. Серия химич. 1987. -№11. .-С.2428-2431.

19. Грязнова З.В., Нефедова А.Р., Семина О.В., Гульянова С.Г., Серов Ю.М., Ещенко Л.С., Маргулец А.В. Синтез углеводородов из СО и Н2 на железо-фосфатных цеолитах // Всесоюзная конференция "Химические синтезы на основе одноуглеродных молекул": Тез.докл. -М., 1987. -С. 12.

20 А.С. 1461033. СССР МКИ5 В 01 D 53/22 Способ изготовления мембран/ Серебрянникова О'.С., Грязнов В.М., Клочков А.М., Михаленко Н.Н., Серов Ю.М , СССР.-2с.: Ил.

21. Гурьянова О.С., Гульянова С.Г., Грязнов В.М., Серов Ю.М. Превращения монооксида углерода на мембранных катализаторах из сплавов палладия. I. Взаимодействие СО и Нг Há бинарных сплавах палладия с рутением и никелем. Кинет, и катал. 1988. -Т.29. -Вып.4. -С.850-853.

22 Gul'anova S.G., Serov Ju.M., Gtyaznov V.M. Influencia de distintos tipos de hidrogeno adsorbido en el proceso de transformación del СО sorbe catalizadores de membrana // XI simposio iberoamericano de catalisis: Book of abstracts. -Iuanajuato, México, 1988.-P.1103-1107.

23. Gryaznov V.M., Serov Ju.M., Gul'anova S.G. Carbón oxides hydrogenation on palladium alloys // IX International congress on catalysís: Book of abstracts. -Calgary, Cañada, 1988. -V.2. -P.722-728.

24. Серов Ю.М., Серебрянникова O.C., Несмеянов B.A., Грязнов В.М. Влияние рельефа подложки и режимов магнетронного напыления на структуру пленки палладий-родий // I Конференция НУЦ УДН: Тез.докл. -М., 1988. -С.14.

25. Телегина Н.С., Клочков А.М., Серов Ю.М., Грязнов В.М. Влияние термообработки сплавов палладия в атмосфере водорода на состав их поверхности. Там же, с. 19.

26. Несмеянов В.А., Телегина Н.С., Серов Ю.М., Гульянова С.Г., Грязнов В.М. Изучение физико-химических свойств водородопроницаемых мембран из сплава палладия, покрытых медью. Там же, с.25.

27. Михаленко Н.Н., Салова О.В., Бесперстов Н.Н., Петрук Ю.Б., Павлова Л.Ф., Серов Ю.М. Физико-химические и каталитические свойства улмрадисперс-ных порошков серебра и никеля. В кн.: Формирование и свойства высокодисперсных систем. Л., 1989. -С.65-70.

28. Гурьянова О.С., Гульянова С.Г., Грязнов В.М., СеровЮ.М. Превращения монооксида углерода на мембранных катализаторах из сплавов палладия. II. Взаимодействие СО и Иг на палладий-никелевом сплаве, покрытом дисперсными слоями никеля или меди. Кинет, н катал. 1989. -Т.30. -С.471-474.

29. А. С. 1540075. СССР, МКИ5 В 01 D 53/22 Способ изготовления водородопроницаемой мембраны./ Серебрянникова О.С., Грязнов В.М.,

Клочков A.M., Серов Ю.М., СССР, -2с.

30. A.C. 15577?6. СССР, МКИ3 В 01 D 53/22 Способ изготовления композитной водородопроницаемой мембраны./ Серебрянникова О.С., Грязное В.М., Клочков A.M., Серов Ю.М, -Зс.

31. Грязнов В.М., Гульянова С.Г., Серов Ю.М. Роль адсорбированных форм водорода и кислорода в превращениях кислородсодержащих одноуглерод-ных молекул на мембранных катализаторах. Успехи химии. 1989. -Т.58. -С.58-67.

32. Грязнова З.В., Нефедова А.Р., Семина О.В., Ющенко С.Ф., Гульянова С.Г., Серов Ю.М., Ещенко Л.С., Кустов Л.М., Ходаков А.Ю., Стахеев А.Ю. Физико-химические и каталитические свойства железофосфатных цеолитов в синтезе углеводородов из СО и Н2. Нефтехимия. 1989. -T.XXIX. -№6. -С.771-775.

33. Серов Ю.М., Серебрянникова О.С., Несмеянов В.А., Грязнов В.М. Влияние термообработки в атмосфере водорода на состав поверхности, водородопроницаемость и каталитические свойства мембран из палладий-рутениевого сплава с кобальтовым покрытием // II Конференция НУЦ УДН: Тез.докл. М., 1989.-С.72.

34. ПоздеевВ.В., Шаньгин Б.В., Парамонов П.М., Лузин И.П., Грязнов В.М., Серов Ю.М., Клочков A.M. Конверсионная труба для паровой конверсии метана с отбором водорода из зоны реакции и обогревом гелиевым теплоносителем. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Ядерная техника и технология. 1989. -Вып. 2. -С.66-68.

35. Гончаров В.Я., Ржанов А.Е., Серов Ю.М., Терентьев A.A.', Филиппов В.И. Выделение водорода мембраной на основе сплава палладий-рутений из технологических сред. Жури, аналиг. химии. 1990. -Т,45. -Вып.9. -С. 18531855.

36. Серов Ю.М., Серебрянникова О.С., Несмеянов В.А., Грязнов В.М. Термостабильные тонкопленочные мембраны на основе пористых металлов для получения водорода особой чистоты // Всесоюзная конференция "Коллоидно-химические проблемы экологии": Тез.докл. Минск, 1990. -С, 107.

37. Михаленко H.H., Салова О.В., Серов Ю.М., Грязнов В.М. Зависимость селективности по синтезу низших олефинов из СО и Н2 от размеров порошка никеля//Седьмой нефтехимический симпозиум: Тез.докл. -Киев,

1990.-С. 112.

38. Королева Н.В., Ермилов К/В., Кузнецова Л.Н., Гульянова С.Г., Серов Ю.М., Влияние состава фосфатного катализатора на его активность в реакции гидрирования СО// Всесоюзный симпозиум "Проблемы катализа в углехимии": Тез.докл. -Донецк, 1990. -С. 107. .

39. . A.C. 1643450. СССР МКИ5 С 01 В 3/50 Способ очистки водорода./ Серебрянникова О.С., Грязнов В.М., Клочков A.M., Серов Ю.М., Рошан Н.Р., Мищенко А.П, СССР, -2с.

40. A.C. 1702574. СССР МКИ* В 01 D 53/22 Способ изготовления композитной водородопроницаемой мембраны./ Серов Ю.М., Серебрянникова О.С., Грязнов В.М., Мищенко А.П., Несмеянов В.А., Байчток Ю.К., Баранов Ю.М, СССР,-Зс.

41. Михаленко H.H., Серов Ю.М., Черняков C.B., Гомеш П., Эдуссурия М., Ермилов К.В., Гульянова С.Г. Синтез углеводородов из СО и водорода на железорутениевых катализаторах // Третья всесоюзная • конференция "Химические синтезы на основе одноуглеродных молекул": Тез.докл. -М.,

1991.-С.67.

42. СаловаО.В., Михаленко H.H., Серов Ю.М., Грязнов В.М. Гидрогенизация СО на ультрадисперсных порошках металлов группы железа. I. Каталитические свойства порошков никеля разной дисперсности. Журн. физ. химии. 1991.-Т.65.-Ks 1.-С.81.

43. Салова О.Е., Михаленко H.H., Серов Ю.М. Гидрирование монооксида углерода на ультрадисперсных порошках металлов группы железа. Сравнение каталитических свойств порошков никеля, приготовленных методами испарения-конденсации и электрического взрыва. Журн. физ. химии. 1991. -Т.65. -№ 9. -С.2543.

44. A.C. 1713882. СССР МКИ3 С 01 В 3/50. Способ измерения концентрации водорода./ Серов Ю.М., Грязнов В.М., Мищенко А.П., Клочков А.М., Сарычев В.И., Бабичев А.П., Гончаров В.Я., Ржанов А.Е., Терентьев A.A., Филиппов В.И, СССР,-2с.

45. Грязнов В.М., Мищенко А.П., Несмеянов В.А., Серов Ю.М., Серебрянникова О.С. Термостабильные мембраны для извлечения водорода из газовых выбросов // Совещание стран содружества "Современные химические технологии очистки воздушной среда": Тез.докл. -Изд. Саратовского университета, 1992. -С.59.

46. Михаленко H.H., Тарасова В.Е., Серов Ю.М. Грязнов В.М. Катализаторы с ультрадисперсньши порошками металлов группы железа для обезвреживания токсичных выбросов транспорта и тепловых электростанций // Совещание

- стран содружества "Современные химические технологии очистки воздушной среды": Тез.докл. -Изд. Саратовского университета, 1992. -С. 10.

47. A.C. 1797338 СССР МКИ5 G 01 N 27/16 Способ измерения концентраций водорода./ Сарычев В.И., Серов Ю.М., Клочков А.М., Мшценко А.П, СССР -Зс.

48. Gryaznov V.M., Serebryannikova O.S., Serov Yu.M., Ermilova M.M., Karavanov A.N., Míschenko A.P., Orekhova N.V. Preparation and catalysis over palladium composite membranes. Appl. Catal. 1993. -V.96. -P.Í5.

49. Michalenko N.N., Salova O.V., Serov Yu.M., Gtyaznov V.M. Ethylene and propylene synthesis by ultradispersed powders of iron and nickel // I European Congr. on Catal.: Book of absracts. -Montpellier, France, 1993.-V.2. -P.603.

50. Шешко Т.Ф., Тарасова B.E., Серов Ю.М., Грязнов В.М. Нейтрализация токсичных компонентов выхлопных газов на катализаторах, содержащих УДП Fe, Со, Ni, Мп//ХХХ научная конференция факультета физико-математических и естественных наук РУДН: Тез.докл. -М., изд-во РУДН.-1994. -C.6S.

51. Несмеянов В.А., Серебрянникова О.С., Серов Ю.М., Грязнов В.М. Технология изготовления композитных водородопроницаемых мембран // Вторая московская международная конференция по композитам: Тез.докл. -М., 1994.-C.Í14.

52. Шешко Т.Ф., Тарасова В.Е., Серов Ю.М., Грязнов В.М. Влияние малых количеств родия на активность железо-кобальт-марганцевьк катализаторов в реакциях нейтрализации // XXX научная конференция факультета физико-математических и естественных наук РУДН: Тез.докл. М., изд-во РУДН. -1994.-С.70.

53. Gtyaznov V., Serov Yu., Gizhevskii S. Global warming depression by catalysis // Jápan-FSU Catalysis Seminar'94 "Catalytic Science and Technology for 21 Century Life": Book of abstracts. -Tsukuba, Japan, 1994. -P. 104-105.

54. Шешко Т.Ф., Тарасова B.E., Серов Ю.М., Грязнов В.М. Катализаторы на основе ультрадисперсных порошков металлов группы железа для нейтрализации токсических выбросов, не содержащих кислорода. Журн. физ. химии. 1995. -Т.69. -№4. -С.632-635.

55. Шешко Т.Ф., Михаленко И.И., Серов Ю.М., Грязнов В.М. Изучение адсорбционных свойств поверхности катализаторов на основе ультрадисперсиых порошков группы железа // XXXI научная конференция факультета физико-математических и естественных наук РУДН: Тез.докл. М., изд-во РУДН. -1995. -С. 102.

56. Шешко Т.Ф., Тарасова В.Е., Серов Ю.М., Грязнов В.М. Катализаторы на основе ультрадисперсных порошков металлов группы железа для нейтрализации токсических выбросов, содержащих кислород и пары воды. Жури. физ. химии. 1995. -Т.69. -№4. -С.764-766.

57. Несмеянов В.А., Серебрянникова О.С., Серов Ю.М., Грязнов , В.М. Водородопроницаемые модифицированные несимметричные мембраньт // Первая международная конференция "Водородная обработка материалов": Тез.докл.-Донецк, 1995.-С.79.

58. Серов Ю.М., Серебрянникова О.С., Несмеянов В.А., Грязнов В М. Тонкопленочные термостабнльные композитные водородопроницаемые мембраны и мембранные катализаторы // Российская конференция по мембранам и мембранным технологиям "Мембраны-95": Тез.докл. М„ 1995. -С. 194.

59. Serov Ju.M., Seirebiyannikova O.S., Giyaznov V.M. Hydrogen permeable composite membranes and membrane catalysts with thin film of palladium alloy//Second International Conference on Catalysis in Membrane Reactors: Book of abstracts -M„ 1996. -P.51.

60. Полянский H.S., Серов Ю.М., Грязнов В.М. Гидрогенизация диоксида углерода на монометаллических катализаторах, содержащих ультрадисперсные порошки кобальта и железа // XXXIV научная конференция факультета физико-математических и естественных наук РУДН: Тез.докл. М., изд-во РУДН, 1998. -С.5.

61. Шешко Т. Ф., Тарасова В.Е., Михаленко И.И., Серов Ю.М., Грязнов В.М. Влияние кислотности поверхности катализаторов, содержащих ультрадисперсяые порошки металлов группы железа на их активность в нейтрализации выхлопных газов. Жури. физ. химии. 1998. -T.72. -№2. -С.259-262.

62. Osetrova N.V., Bagotzky V.S., Guizhevsky S.F., Serov Yu.M. Electro-chemical reduction of carbonate solutions at law temperatures. Journal of Electroanalytical Chemistry. 1998.-V.453. -P.239-241. ;

63. Шешко Т.Ф., Тарасова B.E., Серов Ю.М., Грязнов В.М. Нейтрализация NOx и СО в присутствии кислорода и паров воды на катализаторах, свободных от платиновых металлов. Журн. физ. химии. 1998: -Т.72. -jY° 3. -С.445-447.

64. Полянский Н.Б., Серов Ю.М., Грязнов В.М. Гидрогенизация диоксида углерода на ультрадисперсных катализаторах // III Семинар по теоретическим проблемам катализа: Тез.докл. -Черноголовка, 1998. -С.62-63.

65. Грязнов В.М., Серов Ю.М., Гижевский С.Ф., Полянский Н.Б. Синтез олефинов С2-С3 на системе гранулярный катализатор-мембрана, извлекающая водород из продуктов паровой и углекислотной конверсии метана // Всероссийская научная конференция "Мембраны-98"; Тез.докл. -М„ !998.-С.42.

66. Грязнов В.М., Серов Ю.М., Полянский Н.Б. Катализаторы гидрогенизации диоксида углерода в этилен и пропилен. Доклады Академии Наук. 1998. -Т.359.-№5.-С.647-649.

Серов Юрий Михайлович (Россия) Композитные мембраны для извлечения водорода из газовых смесей, каталитические системы для паровой или углекислотной конверсии метана, детоксикации выхлопных газов и гидрогенизации оксидов углерода

Созданы научные и методические основы синтеза проницаемых только для водорода термостабильных композитных мембран со сплошным слоем палладиевого сплава, которые могут быть использованы для интенсификации процессов паровой и углекислотной конверсии метана.

Разработаны каталитические системы из ультрадисперсных порошков металлов группы железа для углекислотной конверсии метана, получения олефинов гидрогенизацией оксидов углерода при атмосферном давлении и детоксикации выхлопных газов бензиновых двигателей.

Установлена определяющая роль адсорбированных форм водорода в диссоциативной адсорбции диоксида углерода при его гидрогенизации или углекислотной конверсии метана.

Разработаны мембранные и термокаталитические сенсоры для определения, содержания водорода в воде и горючих газов в воздухе.

YouryM. Serov (Russia) Composite membranes for extraction of hydrogen from gas mixtures, catalytic systems for steam or carbon dioxide conversion or methane, exhaust gases of cars detoxication and carbon oxides hydrogénation

Scientific and methodical bases of thermostable composite membranes synthesis are created. The thin but dense palladium alloy layer covered the porous support is permeable for hydrogen only and permite to decrease the temperature of methane1 conversion and amount of carbon dioxide emission.

New catalytic systems with ultradisperse ferrous metals powder are elaborated for steam or carbon dioxide conversion of methane and carbon oxides hydrogénation into the olefins at atmospheric pressure as well as for the exhaust gases of cars detoxication. it is found the importance of hydrogen adsorbed forms in dissociative adsorbtion of carbon dioxide in the coarse of its hydrogénation or dry conversion of methane.

Membrane and thennocatàlytic sensors are proposed for measuring of hydrogen content iri water and combustible gases in air.