Новый углеродный катализатор для химических процессов

Новый углеродный катализатор для химических процессов

В настоящее время практически не осталось ни одной области мирового хозяйства, где бы ни использовались пористые углеродные материалы. Одним из направлений их промышленного применения являются химические производства, в которых углерод может использоваться как катализатор или носитель катализатора. При этом в ряде химических процессов (синтез фосгена, хлористого сульфурила, хлорорганических соединений, оксосоединений т.д.) на развитой углеродной поверхности с участием высокоактивных химических реагентов (галогены, кислород, и др.) происходит образование побочных продуктов реакции, что существенно сокращает срок эксплуатации углеродных материалов, осложняет процесс выделения основных продуктов и неблагоприятно сказывается на экологической обстановке.

Для решения этой проблемы необходимы стойкие к воздействию агрессивных сред высокопористые материалы с повышенной механической прочностью. Существующие технологии не могут обеспечить получения таких активных углей на базе растительного и каменноугольного сырья. В этой связи актуален целенаправленный синтез пористых углеродных материалов специального назначения, как носителей, так и катализаторов для химических и нефтехимических процессов, протекающих в жестких условиях. Примером такого целенаправленного синтеза является разработанный в институте процесс получения нового пористого углерод-углеродного материала на основе дисперсного и пиролитического углерода [1—3].

Оригинальность разработанного пористого углерод-углеродного материала состоит в использовании двух структурных модификаций графитоподобных материалов (сажи и пироуглерода), имеющих близкую кристаллографическую структуру, но значительно отличающихся по реакционной способности по отношению к различным реагентам. За счет этого в процессе активации из углерод-углеродного композита происходит селективное удаление наиболее реакционного углерода (сажи) и формирование развитой пористой структуры. Имея пиролитическую природу, новый пористый углеродный материал значительно превосходит обычные активированные угли по главным параметрам — доли мезопор, механической, термической и химической стойкости, низкому уровню неуглеродных примесей. При этом основная доля мезопор, составляющих до 80% от общего объема, приходится на поры с размером от 2 до 10 нм.

В результате многолетних научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в институте создана уникальная, не имеющая мировых аналогов опытно-промышленная технология получения новых углерод-углеродных материалов различного назначения. Технология синтеза пористого углерод-углеродного материала представляет собой многостадийный процесс, основными стадиями которого являются: генерация из углеводородов нанодисперсного углерода заданной морфологии; формирование нанодисперсного углерода в сферические образования; пиро-литическое уплотнение гранул нанодисперсного углерода; активация уплотненных пироуглеродом гранул нанодисперсного углерода. Свойства конечного продукта формируются на всех стадиях реализуемого процесса в зависимости от технологических параметров и приемов каждой из них [4—6].

К настоящему моменту накоплен определенный объем знаний о технологии получения и применении новых пористых углерод-углеродных материалов [7— 8]. При этом проведенные исследования выявили его высокие эксплуатационные качества. Одним из ярких примеров проявления этих качеств является применение нового пористого углерод-углеродного материала в качестве катализатора синтеза фосгена.

Несмотря на чрезвычайную токсичность и опасность, фосген широко применяется в производстве важных для жизнедеятельности человека полимеров, таких как поликарбонаты, полиуретан, полиамиды, а также фармацевтических и агрохимических продуктов.