ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
ИРНAP05134196, Номер госрегистрации0118РК00164
НаименованиеРазработка технологии получения высокоэффективных катализаторов и сорбентов, модифицированных ксерогелем ванадия
Приоритетное направлениеРациональное использование природных ресурсов, в том числе водных ресурсов, геология, переработка, новые материалы и технологии, безопасные изделия и конструкции
Вид исследованияПрикладное
ЗаявительНекоммерческое акционерное общество "Казахский Национальный Исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева"
Научный руководительБайконурова Алия Омирхановна
Балл ГНТЭ24.67
Общая одобренная сумма15100000
Решение ННС
Ожидаемые результаты
Результаты работы и их новизна. Проведен физико-химический анализ исходных материалов для отработки синтеза ксерогеля ванадия золь-гель-методом – метаванадата аммония и пентаоксида ванадия.
Установлены равновесные состояния ионов и соединений ванадия в системе V-N-Н2О, способных к самопроизвольному структурообразованию, в частности образование декаванадиевых комплексов типа HV10O285-. В аммиачном растворе образуются комплексы [(VO2)х(ОН-)у∙nNH3]у-х, обладающие высокой растворимостью.
Установлены условия синтеза ксерогеля ванадия золь-гель методом путем взаимодействия V2O5 и 30 % NH3 (темплата). При рН раствора ~ 4 возрастает объем дисперсной фазы, появляется коагуляционный контакт между частицами, приводящий к началу структурирования материала с формированием монолитного геля ванадия. Продолжительность процесса – 80-120 мин при комнатной температуре. Концентрация ванадия в исходном растворе – СV2O5 = 15÷ 25 г/л.
Сравнение дифрактограмм свежеосажденного геля и наноматериала, выдержанного на воздухе при комнатной температуре в разные промежутки времени, показало, что в процессе высушивания образца слои геля освобождаются от воды и происходит формирование квазиодномерной слоистой структуры геля, когда слои V2O5 соединяются с молекулами воды. При этом формируются смешенно-слойные гидроксиды, которые заворачиваются в слоистые трубки с размерами слоев 12-18 нм. Межплоскостные расстояния фаз – 1,2-0,8 нм.
Реферат (Абстракт) - 2018 год
Объект исследования, разработки или проектирования
Объекты исследований: сырьевой источник ксерогеля ванадия – продукты переработки уран- и ванадийсодержащих углеродисто-кремнистых сланцев, технология синтеза ксерогеля ванадия, морфология и структура ванадийсодержащего наноматериала, технология изготовления эффективных катализаторов и сорбентов, модифицированных синтезированным ксерогелем ванадия.
Цель работы
Целью настоящего проекта является научно-техническое обоснование и разработка технологии модифицирования промышленных катализаторов и сорбентов, синтезированным ксерогелем ванадия, и их применение.
Цель данного этапа – обосновать и изучить процесс получения ксерогеля ванадия из черных сланцев Большого Каратау.
Методы исследования
Методы и методология проведения работ. В ходе реализации проекта использованы методы физико-химического анализа и исследований: рентгенофазовый, ИК-спектроскопический, элементный и фотометрический анализы, электронная микроскопия. Термодинамический анализ ванадиевых систем был проведен с использованием сертифицированной программы термодинамических расчетов HSC Chemistry 5.11 компании Outokumpu Technology Engineering Research.
Полученные результаты и новизна
Результаты работы и их новизна. Выявлены равновесные состояния соединений ванадия в системе V-N-Н2О, способных к структурообразованию комплексов HV10O285-, в аммиачном растворе - [(VO2)х(ОН-)у∙nNH3]у-х.
Установлены условия синтеза ксерогеля ванадия золь-гель методом: взаимодействие V2O5 и 30 % NH3 , τ ~ 2 ч, рН~4, СV =15- 25 г/л, t = 22-25 оС. При высушивании ксерогеля происходит формирование квази-одномерной слоистой структуры геля, когда образуются смешанно-слоистые гидроксиды, формирующиеся в слоистые труб¬ки с размерами слоев 12-18 нм и межслойным расстоянием - 1,2-0,8 нм.
Новизна данного этапа - создание инновационной технологии получения наноматериала – ксерогеля ванадия, который благодаря своей активности и развитой структуры и морфологии, может выступать в качестве модифицирующего агента для получения эффективных катализаторов и неорганических сорбентов.
Основные конструктивные и технико экономические показатели
Основные конструктивные, технологические и технико-экономические характеристики. Создание наноматериала – ксерогеля ванадия – позволит получить на его основе новые перспективные материалы, используемые в различных отраслях науки и техники, в частности модифицировать имеющиеся промышленные катализаторы и неорганические сорбенты.
Степень внедрения
Степень внедрения. По проекту предполагается проведение лабораторных испытаний, полученных на 2 и 3 этапах проекта (2019 и 2020 г.г.) сорбентов и катализаторов.
Рекомендации по внедрению или итоги внедрения результатов НИР. Полученные за первый год результаты исследований позволяют обосновать и реализовать технологию получения ксерогеля ванадия.
Эффективность
Экономическая эффективность или значимость работы. Чистый доход за год при мощности производства 100 кг в год ксерогеля ванадия составит 1073,422 тыс. тенге, рентабельность – 36 %, срок окупаемости – 5 лет. Применение синтезированного ксерогеля в качестве модификатора сорбентов и катализаторов значительно повысит перечисленные экономические показатели разрабатываемой проектной технологии.
Область применения
Области применения: металлургия, нанотехнология и химия.
Реферат (Абстракт) - 2019 год
Объект исследования, разработки или проектирования
Объекты исследований: исходные сорбенты и катализаторы для модификации, технология изготовления модифицированных ксерогелем ванадия катализаторов и сорбентов.
Цель работы
Целью настоящего проекта является научно-техническое обоснование и разработка технологии модифицирования промышленных катализаторов и сорбентов, синтезированным ксерогелем ванадия, и их применение.
Цель данного этапа – разработка технологии получения высокоэффективных катализаторов и неорганических сорбентов, модифицированных ксерогелем ванадия, и изучение их свойств.
Методы исследования
Методы и методология проведения работ. Выбор объектов из числа промышленных сорбентов и катализаторов для их модифицирования, разработка технологий модифицирования выбранных материалов, изучение их сорбционных и каталитических свойств. В ходе реализации проекта использованы методы физико-химического анализа и исследований: рентгенофазовый, УФ-спектроскопический, элементный и фотометрический анализы, электронная микроскопия, термогравиметрический анализ.
Полученные результаты и новизна
Результаты работы и их новизна. Выбраны эффективные природные сорбенты, основой которых являются цеолиты, представляющие собой алюмосиликаты с каркасной структурой, а также промышленные катализаторы на основе цеолитов и диоксида титана. Проведен физико-химический анализ выбранных катализаторов и сорбентов для последующей модификации ксерогелем ванадия.
Разработана технология получения катализаторов и неорганических сорбентов, модифицированных ксерогелем ванадия, которая заключалась в обработке исходных материалов (цеолитной массы, диоксида титана) ксерогелем ванадия методом пропитки с дальнейшим высушиванием и термообработкой при температуре не выше 500 оС; изучено влияние старения ксерогеля ванадия на свойства получаемых образцов сорбентов и катализаторов.
Были изучены структура получаемых модифицированных сорбентов и катализаторов и их сорбционные и каталитические свойства, которые показали их эффективность по сравнению с исходными материалами.
Новизна данного этапа заключается в создании инновационной технологии получения сорбентов и катализаторов, модифицированных ксерогелем ванадия, который благодаря своей активности и развитой структуре, и морфологии, способствует улучшению их каталитических и сорбционных свойств.
Основные конструктивные и технико экономические показатели
Основные конструктивные, технологические и технико-экономические характеристики. Основные характеристики разрабатываемой технологии: получение ксерогеля ванадия при комнатной температуре золь-гель-методом из сырья, производимого в Республике Казахстан; модификация сорбентов и катализаторов методом пропитки с последующей термообработкой. Свойства получаемых модифицированных материалов исследованы на модельных и реальных объектах: сорбенты – при очистке растворов от ионов свинца, катализаторы – в процессе катализа органических соединений.
Степень внедрения
Степень внедрения. По проекту предполагается проведение на 3 этапе проекта (2020 г.) лабораторных испытаний модифицированных сорбентов и катализаторов, полученных на 2 этапе (2019 г.).
Эффективность
Экономическая эффективность или значимость работы. Предварительные экономические расчеты технологии производства ксерогеля ванадия из продуктов переработки углеродистых сланцев показывают ее эффективность. Чистый до¬ход за год при мощ¬нос¬ти при第-водства 100 кг в год ксерогеля ванадия может составить 1073,422 тыс. тенге, рентабельность производства – 36 %, срок окупаемости предлагаемой технологии – 5 лет. Применение синтезированного ксерогеля в качестве модификатора сорбентов и катализаторов может значительно повысить перечисленные экономические показатели разрабатываемой проектной технологии. Полные расчеты с учетом получения новых сорбентов и катализаторов будут проведены к завершению выполнения проекта.
Область применения
Области применения: металлургия, нанотехнология и химия.
Реферат (Абстракт) - 2020 год
Объект исследования, разработки или проектирования
Технология синтеза модифицированных катализаторов и сорбентов на основе цеолитов и катализаторов промышленных марок
Цель работы
Обоснование и разработка технологии модифицирования промышленных катализаторов и сорбентов, синтезированным ксерогелем ванадия, изучение их свойств и области применения
Методы исследования
В работе использованы рентгенофазовый, УФ- и ИК-спектроскопический, элементный, фотометрический методы анализы, электронная микроскопия, метод лазерного светорассеяния и др.
Полученные результаты и новизна
Рассмотрены сведения по синтезу ксерогеля на основе пентаоксида ванадия; установлены термодинамические равновесные состояния ионов и соединений ванадия, способных к самопроизвольному структурообразованию. Модифицирование цеолитной массы для получения сорбентов и катализаторов проводили методом «холодной пропитки». Изучена структура полученных модифицированных сорбентов и катализаторов, их сорбционные и каталитические свойства
Основные конструктивные и технико экономические показатели
Чистый доход за год при мощности производства 100 кг в год ксерогеля ванадия составит 1073,422 тыс. тенге, рентабельность производства – 36 %, срок окупаемости предлагаемой технологии составляет 5 лет. Таким образом, ориентировочная технико-экономическая оценка предлагаемой технологии получения ксерогеля ванадия показала ее эффективность.
Степень внедрения
Результаты исследований позволяют реализовать технологию получения модифицированных ксерогелем ванадия сорбентов и катализаторов.
Эффективность
Экономические расчеты технологии производства ксерогеля ванадия из продуктов переработки углеродистых сланцев показали, что чистый доход при мощности производства 100 кг в год ксерогеля составит 1073,422 тыс. тенге, рентабельность – 36 %, срок окупаемости – 5 лет.
Область применения
Металлургия, нанотехнологии, химия неорганических веществ и органического синтеза