Анотація до роботи:

Лєдєньов І.О. Колоїдно-хімічні методи приготування новітніх гетерогенних каталізаторів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.11 – колоїдна хімія. – Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України, Київ, 2008.

Проведено комплексне дослідження синтезу Fe-вмісних цеолітів типу MFI у гідротермальних умовах, а також мезоструктурованого кремнезему типу SBA-15, що містять кристали феросилікату із структурою зазначеного цеоліту у силікатній мезопоруватій матриці. Визначені основні закономірності формування їх кристалічної будови та активних центрів, а також встановлено взаємозв’язок між умовами синтезу та фізико-хімічними і каталітичними властивостями цих матеріалів. Виявлено, що комплексоутворюючі агенти, особливо щавлева кислота, суттєво впливають на дисперсність та іммобілізацію катіонів заліза у силікатній матриці. Запропоновано новий метод модифікування силікатів катіонами Fe³⁺ та Ni²⁺ шляхом атомно-пошарового осадження ацетилацетонатних комплексів металів та визначені основні закономірності перебігу цього процесу. Синтезовано Cu-вмісні cмектитоподібні матеріали та досліджено їх фізико-хімічні властивості та реакційну здатність в реакції конверсії циклогексанолу. Показано, що ці властивості залежать від природи двозарядних структуроутворюючих катіонів та катіонів лужних металів, локалізованих у міжшаровому просторі цих матеріалів.

Показана висока ефективність розроблених каталізаторів у промислово важливих реакціях перетворення циклогексанолу та деструкції закису азоту.

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється у розробці нових підходів створення окисно-відновних та кислотно-основних гетерогенних каталізаторів, які базуються на сучасних уявленнях колоїдної хімії, золь-гель технології, адсорбції та катіонного обміну.

2. Встановлені основні закономірності формування кристалічної будови і активних центрів синтетичних цеолітів типу MFI та мезоструктурованих кремнеземів (SBA-15, MFS-9). Визначена роль природи темплату на фізико-хімічні властивості цих матеріалів та оптимальні умови золь-гель методу. Показано, що введення іонів заліза в силікатну матрицю в умовах контрольованого гідротермального синтезу дозволяє сформувати високодисперсні однорідно-розподілені нанорозмірні кластери. Вперше виявлено, що комплексоутворюючі агенти, особливо щавлева кислота, суттєво впливають на дисперсність та іммобілізацію катіонів заліза у силікатній матриці.

3. Здійснено синтез і модифікування ацетилацетонатними комплексами перехідних металів [Ме(acac)_х] аморфних та структурованих алюмосилікатів, мезоструктурованого кремнезему SBA-15, а також визначені головні закономірності приготування на їх основі гетерогенних каталізаторів шляхом атомно-пошарового осадження. Встановлено, що кислотні місткові гідроксили Si-OН-Al= та координаційно-ненасичені центри, утворені тетра- і пентакоординованими іонами Al³⁺ є домінуючими центрами хемосорбції [Ме(acac)_х].

4. Визначені закономірності негідротермального синтезу Cu-вмісних сапонітоподібних матеріалів, що є ізоморфно-заміщенними катіонами Cu²⁺. Показано, що природа октаедричних структуроутворюючих катіонів суттєво впливає на формування зазначених матеріалів. Встановлено природу активних центрів синтезованих матеріалів, якими є Cu¹⁺(Cu⁰) та кислотно-основні пари, сформовані структуроутворюючими катіонами Al³⁺, Zn²⁺ або Mg²⁺, та проведено дослідження їх кислотно-основних та окисно-відновних властивостей у промислово важливій реакції конверсії циклогексанолу.

5. Виявлено, що метод синтезу метал-вмісних металосилікатів істотно впливає на природу їх активних центрів та хімію поверхні. Використання атомно-пошарового підходу нанесення активної фази, що базується на контрольованій адсорбції ацетилацетонатних комплексів перехідних металів, а також введення катіонів заліза у силікатну матрицю впродовж золь-гель синтезу призводить до формування нанорозмірних кластерів типу Fe_xO_y. Синтезовані матеріали володіють підвищеною реакційною здатністю в окисно-відновних реакціях, що підтверджено виробничими випробуваннями розроблених каталізаторів в процесах очистки вихлопних газів дизельних двигунів внутрішнього згоряння.

6. Визначено, що склад та дисперсність активних центрів одержаних матеріалів, що містять катіони перехідних металів, значною мірою залежать від особливості структурної топології цеолітів, їх силікатного модуля та умов активації. Показано, що реакційно-здатна окисно-відновна пара Меⁿ⁺ Ме^(n-1)+ (де Ме = Fe³⁺ або Cu²⁺) формує активні центри реакції деструкції N₂O Cu- та Fe-вмісних гетерогенних каталізаторів.

Публікації автора:

1. Лєдєньов І. О. Дослідження закономірностей процесу модифікування поверхні ряду оксидних носіїв шляхом хемосорбції ацетилацетонату нікелю / І. О. Лєдєньов, Р. В. Приходько, І. В. Столярова, М. В. Сичов, І. М. Астрелін // Наукові Вісті НТУУ “КПІ”. – 2004. – № 5. – С. 111–119.

Здобувачем досліджені закономірності модифікування поверхні аморфних алюмосилікатів, Al₂O₃ та SiO₂ шляхом хемосорбції ацетилацетонату нікелю у газовій фазі. Приймав участь в обговоренні результатів досліджень та написанні статті.

2. Леденев И. А. Роль природы активных центров в процессе хемосорбции ацетилацетоната железа на поверхности аморфных алюмосиликатов и оксида алюминия / И. А.Леденев, В. Е. Зорин, Р. В. Приходько, М. В. Сычев, И. М. Астрелин // Журнал прикладной химии. – 2005. – Т. 78, № 11. – С. 1853–1858.

Здобувачем синтезовані золь-гель методом аморфні та структуровані алюмосилікати і встановлена роль природи активних центрів у процесі модифікування їх поверхні ацетилацетонатом заліза у рідинному середовищі. Виконував обробку експериментальних даних, узагальнення результатів та оформлення статті.

3. Леденев И.А. Влияние природы поверхности неорганических носителей на процесс их модифицирования ацетилацетонатным комплексом никеля / И. А. Леденев, Р. В. Приходько, И. В. Столярова, Э. Й. М. Хенсен, Й. А. Р. Ван Вейн, М. В. Сычев, В. В. Гончарук // Кинетика и Катализ. –2006. – Т. 47, № 3. – С. 461–470.

Здобувачем здійснено синтез мезоструктурованого кремнезему SBA-15 та аморфних алюмосилікатів і досліджені закономірності модифікування їх поверхні ацетилацетонатом нікелю у газовому та рідинному середовищах. Приймав участь в узагальненні результатів та оформленні статті.

4. Ledenev I. A. Catalytic decomposition of nitrous oxide (N₂O) over iron containing zeolites and related materials / I. A. Ledenev, E. J. M. Hensen, M. V. Sychev, V. V. Goncharuk // Ecological Сhemistry 2005: The 3^th Internat. Conf., 20-21 Мау, 2005 : abstracts – Chisinau, Moldova, 2005. – P. 241-242.

Здобувачем одержані Fe-вмісні каталізатори на основі цеолітів MFI, FER та шаруватих металосилікатів і досліджена їх каталітична поведінка в реакції деструкції закису азоту.

5. Ledenev I. A. Synthesis and characterization of iron-substituted silica material MFS-9. / I. A. Ledenev, R. V. Prihod’ko, M. V. Sychev, V. V. Goncharuk // Combined and Hybrid Adsorbents: Fundamentals and Applications : NATO Advanced Research Workshop, 15-17 Sept., 2005. : Programme and Abstracts – K., 2005. – P. LP13.

Здобувачем здійснено синтез Fe-вмісних мезоструктурованих кремнеземів MFS-9, встановлені основні закономірності формування його будови, вплив комплексоутворювачів на ступінь фіксації катіонів заліза у силікатній матриці та досліджені каталітичні властивості в реакції деструкції закису азоту.

6. Леденев И. А. Превращение циклогексанола в присутствии синтетических смектитов / И. А. Леденев, М. В. Сычев, B. В. Гончарук // Сучасні проблеми хімії : VII Всеукраїнська конф. студентів та аспірантів, 18-19 травня 2006 р. : збірка тез допов. – К., 2006. – С. 183.

Здобувачем проведено дослідження синтезу смектитоподібних матеріалів, ізоморфно-заміщених катіонами міді. Встановлено вплив природи активних центрів поверхні на активність і селективність в процесі перетворення циклогексанолу та запропоновано механізм трансформації активних центрів під час реакції.

7. Леденев И. А. Превращение циклогексанола в присутствии Cu-содержащих синтетических смектитов / И. А. Леденев, А. В. Лозовский, Р. В. Приходько, М. В. Сычев, B. В. Гончарук // Механизмы каталитических реакций : VII Российская конф., 3-8 июля 2006 г. : тезисы докл. – Новосибирск, 2006. – Т. 1, С. 435-437.

Здобувачем синтезовано Сu-вмісні сапоніто- та стивенситоподібні матеріали, встановлено взаємозв’язок між умовами синтезу та фізико-хімічними властивостями. Досліджено процес перетворення циклогексанолу у присутності синтезованих матеріалів та запропоновано механізм конверсії спирту.

8. Ковбань И. Б. Исследование каталитического поведения Fe- и Cu-содержащих цеолитов в окислительной деструкции красителей / И. Б. Ковбань, И. А. Леденев, И. В. Столярова, М. В. Сычев // Сучасні проблеми фізичної хімії : III Міжнар. Конф. 31серп. – 3 вер. 2007 р. : збірка тез допов. – Донецьк, 2007. – С. 23.

Здобувачем проведено синтез Сu-вмісних каталізаторів на основі цеолітів MFI, BEA, FAU, MOR та визначено стан катіонів міді за допомогою термопрограмованого відновлення воднем.

9. Ledenev I. A. Influence of the texture of Cu-containing zeolites on their N₂O-decomposition activity / I. A. Ledenev, M. V. Sychev, V. V. Goncharuk // Сучасні проблеми фізичної хімії : III Міжнар. Конф. 31серп. – 3 вер. 2007 р. : збірка тез допов. – Донецьк, 2007. – С. 34.

Здобувачем проведено синтез Сu-вмісних каталізаторів на основі цеолітів MFI, BEA, FAU, MOR та визначено стан катіонів міді за допомогою термопрограмованого відновлення воднем. Досліджено кінетику каталітичної деструкції закису азоту в присутності синтезованих каталізаторів.

10. Приходько Р. В. Деструкция N₂O, катализируемая Cu- и Fe-содержащими цеолитами и родственными материалами / Р. В. Приходько, И. А. Леденев, Э. Й. М Хенсен, М. В. Сычев, В. В. Гончарук // XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 23-28 сент. 2007 г. : тезисы докл. – М.,2007. – С. 1565.

Здобувачем синтезовано каталізатори деструкції закису азоту на основі цеолітів MFI, BEA, FAU, MOR та шаруватих металосилікатів, що містять катіони Сu та Fe, введених у силікатну матрицю під час синтезу або шляхом іонного обміну. Визначено стан катіонів металів у приготованих матеріалах за допомогою термопрограмованого відновлення воднем та досліджено їх каталітичну поведінку в реакції деструкції закису азоту.