2.1.2. Кислотные свойства катализаторов

Кислотные свойства катализаторов были изучены с использованием метода термопрограммируемой десорбции (ТПД) аммиака (таблица 2.1, рисунок 2.3). Для сравнения на рисунке 2.3 кроме спектров ТПД аммиака для Ga– и Pt–содержащих катализаторов представлены спектры для исходного цеолита и связующего [37].

Рисунок 2.3 – Спектры ТПД аммиака катализаторов

Так как на спектрах сохраняется профиль кривых ТПД с двумя максимумами, можно утверждать, что при приготовлении катализатора характер кислотности исходного цеолита не измененяется. Однако, независимо от типа цеолита, концентрация кислотных центров в катализаторах всегда выше, чем в исходном цеолите.

Так, концентрация кислотных центров в катализаторах на основе цеолита со структурой ZSM–5 возросла более чем в два раза по сравнению с исходным цеолитом. Такое изменение показателя кислотности не может быть объяснено только внесением активного компонента, т.к. его содержание в катализаторе составляет всего 0,5% масс. [37].

Очевидно, при приготовлении катализаторов дополнительные кислотные центры могут возникать при частичном встраивании атомов алюминия из связующего в структуру цеолита, а также в результате коррозионного действия самих прекурсоров или продуктов их гидролиза при нанесении прекурсора из водного кислого раствора. Образующиеся гидроксокатионы алюминия могут выполнять роль активного кислотного центра в катализе.

Средняя сила кислотных центров катализаторов может быть оценена по величинам средней энергии активации десорбции аммиака (Е_ср), которую рассчитывают на основании спектров ТПД аммиака (таблица 2.1). Близкие значения Е_ср (130–150 кДж/моль) подтверждают предположение, что приготовление цеолитсодержащих катализаторов не изменяет кислотность [37].

Дополнительная информация об особенностях кислотных свойств катализаторов может быть получена в результате оценки концентрации кислотных центров разной силы. Согласно литературным данным, спектры ТПД аммиака цеолитов и цеолитсодержащих катализаторов могут быть поделены на три фрагмента, соответствующих десорбции аммиака с кислотных центров различной силы. При температуре до 250С аммиак десорбируется со слабых центров, в интервале 250–450С – с центров средней силы, при температурах более 450С – с сильных кислотных центров. Соотношение центров разной силы в катализаторе во многом определяет возможности практического использования.

Как следует из представленных исследований, для Pt–содержащих систем катализаторы на основе морденита характеризуются наибольшей концентрацией сильных кислотных центров, составляющей 230 и 210 мкмоль/г катализатора. У катализаторов на основе цеолита со структурой ZSM–5 наибольшая концентрация центров средней силы – 340 и 370 мкмоль/г катализатора. Таким образом, катализаторы на основе морденита и цеолита со структурой ZSM–5 при близких значениях общей концентрации кислотных центров (620–720 мкмоль/г катализатора) характеризуются разным соотношением центров различной силы, что определяет различия в каталитических свойствах [37].