Sinteza, karakterizacija i selektivnost katalizatora za hidrogenizaciju biljnih ulja

Abstract

U ovom radu proučavani su višekomponentni katalitički sistemi u kojima su aktivna komponenta (metalniNi) i pogodni metali (Mg, Ag i Cu) naneseni na pripremljeni nosač (aktivirani dijatomit), kao i njihovaprimena u svojstvu katalizatora u procesu parcijalne hidrogenizacije jestivih biljnih ulja.Polazni materijal korišćen za sintezu nosača katalizatora predstavljao je sirovi dijatomit domaćeg porekla(ležište dijatomita Baroševac, istočni deo Kolubarskog ugljenog basena). Modifikacijom svojstava sirovogdijatomita hemijskom i termičkom obradom dobijen je nosač katalizatora sa visokim sadržajem silicijumdioksida. Ispitivanja teksturalnih svojstava i granulometrijskog sastava su pokazala da dijatomitni nosač imamakroporoznu strukturu i povoljan granulometrijski sastav, odgovarajući za dobijanje nikl katalizatora kojise koriste u procesima parcijalne hidrogenizacije biljnih ulja.Izvršena je sinteza nekoliko uzoraka katalizatora precipitacijom jedinjenja nikla i odgovarajućih metala izvodenih rastvora njihovih nitratnih soli na pripremljeni dijatomitni nosač korišćenjem natrijum karbonata(PDI katalizatori) i uree (DPU katalizatori) u svojstvu precipitanta.Obavljeni su obimni eksperimenti koji su obuhvatili ispitivanja uticaja uslova sinteze prekursora PDI- i DPUNi/D katalizatora na stepen redukcije. Proučavanjem uticaja SiO2/Ni molskog odnosa i brzine zagrevanjana stepen redukcije prekursora PDI-Ni/D katalizatora utvrđeno je da manji SiO2/Ni m.o. i manje brzinezagrevanja povećavaju stepen redukcije. Ispitivanja uticaja DP vremena na stepen redukcije prekursoraDPU-Ni/D katalizatora su pokazala da kraća DP vremena omogućavaju veći stepen redukcije.Fizičko-hemijska svojstva prekursora PDI- i DPU-Ni/D katalizatora okarakterisana su primenom sledećihmetoda: (1) standardna kvantitativna hemijska analiza; (2) rendgenostrukturna (XRD) i infracrvena (IR)spektroskopija; (3) Hg-porozimetrija i N2-fizisorpcija; (4) temperaturno-programirana redukcija (TPR); (5)H2-hemisorpcija; (6) skenirajuća elektronska mikroskopija (SEM) i energo disperziona spektroskopija(EDS); (7) difuziono-refleksiona spektroskopija ultravioletne i vidljive oblasti (DR UV-Vis); i (8) fotoelektronskaspektroskopija X-zraka (XPS).Rezultati rendgenostrukturnih (XRD) ispitivanja neredukovanih prekursora PDI- i DPU-Ni/D katalizatora supokazali da se pored Ni2+ faze baznog nikl karbonata (PDI-Ni/D prekursori) i turbostratičnog nikl hidroksida(DPU-Ni/D prekursori) u prekursorima nalaze i Ni hidrosilikati nastali interakcijom aktivnog metala i nosača.Analizom XRD difraktograma redukovano-pasiviziranih prekursora, kao i in situ XRD-H2 difraktogramaodređene su veličine kristalita aktivnog metalnog nikla i metala modifikatora (Ag). Utvrđeno je da su veličinekristalita nikla manje od veličine kristalita srebra.Rezultati ispitivanja neredukovanih prekursora Ni/D katalizatora infracrvenom spektroskopijom (IR) supotvrdili prisustvo Ni2+ faza baznog karbonata i hidrosilikata i ukazali da je distribucija obrazovane Ni2+ fazeviše usmerena prema Ni hidrosilikatima nego prema baznom Ni karbonatu (PDI-Ni/D prekursori). Pokazanoje da kod DPU-Ni/D prekursora priroda DP Ni2+ faze zavisi od DP vremena.Rezultati ispitivanja porozne strukture neredukovanih prekursora katalizatora metodom Hg-porozimetrije supokazali da su ukupna intruziona zapremina pora, zapremina makropora, srednji prečnik pora i ukupnaporoznost prekursora manji nego kod dijatomitnog nosača usled popunjavanja pora nosača metalnimsolima aktivnog metala i odgovarajućih metala modifikatora. Utvrđeno je da sa porastom sadržaja srebradolazi do povećanja zapremine makropora...

Multicomponent catalytic systems consisting of active component (metallic Ni) and appropriate metals (Mg,Ag, Cu) deposited onto a prepared support (activated diatomite) were investigated, as well as theirapplication as catalysts in the process of partial hydrogenation of edible oils.Starting material used for the synthesis of the catalyst support was raw diatomite from domestic sources(Baroševac diatomite deposit, eastern zone of the Kolubara coal basin). Raw diatomite properties weremodified through chemical and thermal treatment resulting in a catalyst support with high silicon oxidecontent. Investigation of the textural properties and granulometric composition showed that the obtainedcatalyst support has macroporous structure and convenient granulometric composition appropriate for theobtention of Ni containing catalysts for the partial hydrogenation of vegetable oils.Synthesis of several catalyst samples was performed by the precipitation of Ni compounds and appropriatemetals from aqueous solutions of their nitrate salts onto the prepared diatomite support, using sodiumcarbonate (PDI catalysts) and urea (DPU catalysts) as precipitants.Thorough experiments were carried out in order to investigate the influence of the PDI- and DPU-Ni/Dcatalyst precursor synthesis conditions on the degree of reduction. Investigation of the influence of theSiO2/Ni molar ratio and heating rate on the degree of reduction of the PDI-Ni/D catalyst precursor showedthat lower SiO2/Ni molar ratio and lower heating rate increase the reduction degree. Investigation of thedependence of the degree of reduction on the DP time indicated that shorter DP times enable higherreduction degree.Physico - chemical characterization of the PDI- and DPU-Ni/D catalyst precursors was performed using thefollowing methods: (1) standard quantitative chemical analysis; (2) X-ray diffraction (XRD) and infrared (IR)spectroscopy; (3) Hg-porosimetry and N2-physisorption (4) temperature-programmed reduction (TPR); (5)H2-chemisorption; (6) scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersed spectroscopy (EDS); (7)diffuse reflectance UV-Vis spectroscopy (DR UV-Vis); and (8) X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).Results of the XRD analysis of non-reduced PDI- and DPU-Ni/D catalyst precursors showed that, besideNi2+ phases in the form of basic nickel carbonate (PDI-Ni/D precursors) and turbostratic nickel hydroxide(DPU-Ni/D precursors), there are also Ni hydrosilicates, originating in the interaction between the activemetal and catalyst support. Analysis of XRD diffractograms of the reduced and passivated precursors andin situ XRD-H2 diffractograms was used for the size determination of metallic nickel and modifier metal (Ag)crystallites.Results of the investigation of non-reduced precursors of the Ni/D catalysts using IR spectroscopyconfirmed the presence of Ni2+ phases of basic carbonate and hydrosilicates and indicated that the Nihydrosilicate phase prevail comparing to that of Ni carbonate (PDI-Ni/D precursors). It was shown that inthe DPU-Ni/D catalyst precursors the nature of Ni2+ phase depends on the DP time...