Vanadové katalyzátory nanesené na mesoporézních nosičích v oxidativní dehydrogenaci n-butanu

Setnička, Michal

Publikace:
Vanadové katalyzátory nanesené na mesoporézních nosičích v oxidativní dehydrogenaci n-butanu

Disertační práceopen access

dc.contributor.advisor	Čičmanec, Pavel	cze
dc.contributor.author	Setnička, Michal
dc.contributor.referee	Dědeček, Jiří	cze
dc.contributor.referee	Grygar, Tomáš Matys	cze
dc.contributor.referee	Obalová, Lucie	cze
dc.date.accepted	2013	cze
dc.date.accessioned	2013-07-20T01:53:35Z
dc.date.available	2013-07-20T01:53:35Z
dc.date.issued	2013
dc.description.abstract	Tato doktorská práce se zabývá charakterizací vanad obsahujících mesoporézních silikátů a studiem jejich katalytických vlastností v oxidativní dehydrogenaci n-butanu (C4-ODH) na odpovídající alkeny. Oxidativní dehydrogenace by mohla být vhodnou alternativou k dnes běžně požívané dehydrogenaci nebo fluidnímu katalytickému krakování, které mají své limity, a navíc se očekává, že stávajícími procesy nebude do budoucna možné pokrýt stále rostoucí poptávku po nenasycených uhlovodících. Tato práce se skládá ze 7 odborných publikací doplněných o úvodní text a diskusi hlavních závěrů. Hlavním cílem této práce bylo detailní studium vlivu struktury VOX částic a jejich disperze na povrchu silikátového nosiče na katalytickou aktivitu v C4-ODH reakci. Pro charakterizaci materiálů byla použita řada experimentálních technik. Mezi nejčastěji používané patřily XRD, SEM a adsorpce N2, které sloužily pro ověření struktury a morfologie připravených materiálů. Pro určení struktury a stupně disperze VOX komplexů na povrchu nosiče bylo použito H2-TPR, DR UV-vis a Ramanova spektroskopie. Neužitečnější metodou pro studium struktury VOX částic se zdá být DR UV-vis spektroskopie měřená pomocí nové metodologie, která byla vyvinuta v rámci této disertační práce a je založena na měření vzorků, které jsou ředěny čistou (bílou) silikou. Takto získaná spektra mají dobře rozlišitelné jednotlivé adsorpční pásy a jejich intenzita je přímo úměrná koncentraci, což umožňuje semi-kvantitativní analýzu. Na základě kombinace výsledků získaných z charakterizace a z katalytických testů můžeme říci, že nejvyšší aktivitu a selektivitu na žádané alkeny je možné získat na materiálech s vysokým obsahem monomerních VOX částic s tetraedrální koordinací. Druhým úkolem této práce byla optimalizace katalyzátorů pro vysoký výkon v C4-ODH, který je nutný pro případnou průmyslovou aplikaci. Za tímto účelem byl studován vliv struktury nosiče (HMS, SBA-15, SBA-16, MCM-48), vliv způsobu nanášení vanadu (přímá syntéza, impregnace z roztoku) a efekt přídavku titanu do silikátové matrice. Nejlepším katalyzátorem se zdá být materiál V_SBA-15 připravený přímou syntézou, který má vysokou produktivitu (1.92 kgprod.kgcat.-1h-1) a dostatečnou selektivitu. Svými parametry se navíc řadí mezi tři nejlepší katalyzátory pro C4-ODH, které byly uvedeny v literatuře.	cze
dc.description.abstract-translated	The introduced doctoral thesis deals with the study of structural properties and catalytic performance of vanadium oxide containing high surface mesoporous silica materials in oxidative dehydrogenation of n-butane (C4-ODH) to corresponding alkenes. The ODH of n-butane could be good alternative to classical dehydrogenation, steam cracking and fluid catalytic cracking processes which have some limitations and they are expected to be insufficient to supply increasing demand for olefins in the coming years. The main aim of this thesis was investigation of the influence of vanadium oxide species structure and their surface dispersion on silica based materials to catalytic activity in C4-ODH reaction. Several experimental techniques were used for deep characterization of catalysts. The XRD, SEM and N2-adsorption were used for the study of textural properties and H2-TPR, DR UV-vis and Raman spectroscopy for determination of VOX complex speciation. The most valuable method for determination of vanadium speciation seems to be a new methodology of the measurement and evaluation of DR UV-vis spectra which was developed during this thesis. The suggested methodology utilizes the benefit of the well resolved absorption bands in the UV-vis spectra of samples which were highly diluted by pure silica. By combination of the results obtained from characterization and from measurement of catalytic activity, we can conclude that the highest activity and selectivity to alkenes is reached on materials with high content of isolated monomeric VOX units with the tetrahedral vanadium-oxygen coordination. The second aim of this thesis was optimization of catalysts for high catalytic performance in C4?ODH, which is necessary for potential using in industry. The effect of mesoporous silica support (HMS, SBA-15, SBA-16 and MCM-48) differing in porous structure, the two different method for incorporation of vanadium (the wet impregnation and direct synthesis) and the effect of different titania amount incorporated as support modificator into silica was studied for this purpose. The best catalytic system seems to be V-SBA-15 catalysts prepared by direct synthesis, which exhibits high butenes productivity (1.9 kgprod.kgcat. -1h-1) and sufficient selectivity. If the productivity is used as a criterion of catalytic performance this material belongs to the three best catalytic systems which were reported for C4-ODH ever.	eng
dc.description.defence	1) Předseda komise zahájil obhajobu, předsteavil disertanta a seznámil komisi s průběhem studia, tématem disertace a posudky školitele a školícího pracoviště. 2) Disertant seznámil komisi s obsahem své disertační práce. Prezentace byla jasná a srozumitelná. 3) Oponenti seznámili komisi s podstatnými částmi svých oponentních posudků a položili doplňující otázky a související komentáře. Disertant adekvátně reagoval a jednoznačně prokázal schopnost kvalitně prezentovat své výsledky a vést kvalifikovanou odbornou diskuzi. 4) Proběhla obecná diskuze k předložené disertaci 5) Po obsáhlé diskuzi proběhlo tajné hlasování komise	cze
dc.description.department	Katedra fyzikální chemie	cze
dc.description.grade	Dokončená práce s úspěšnou obhajobou	cze
dc.format	65 s. + přílohy + teze	cze
dc.identifier	Univerzitní knihovna (studovna)	cze
dc.identifier.signature	D29579	cze
dc.identifier.stag	21865	cze
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/10195/52017
dc.language.iso	eng
dc.publisher	Univerzita Pardubice	cze
dc.rights	Bez omezení	cze
dc.subject	mesoporézní silika	cze
dc.subject	DR UV-vis spektroskopie	cze
dc.subject	oxidativní dehydrogenace	cze
dc.subject	ODH	cze
dc.subject	vanadové oxo-částice	cze
dc.subject	buteny	cze
dc.subject	mesoporous silica	eng
dc.subject	DR UV-vis spectroscopy	eng
dc.subject	oxidative dehydrogenation	eng
dc.thesis.degree-discipline	Fyzikální chemie	cze
dc.thesis.degree-grantor	Univerzita Pardubice. Fakulta chemicko-technologická	cze
dc.thesis.degree-name	Ph.D.	cze
dc.thesis.degree-program	Fyzikální chemie	cze
dc.title	Vanadové katalyzátory nanesené na mesoporézních nosičích v oxidativní dehydrogenaci n-butanu	cze
dc.title.alternative	Vanadium catalysts anchored on mesoporous support in oxidative dehydrogenation of n-butane	eng
dc.type	disertační práce	cze
dspace.entity.type	Publication