Аномальна дифузія метанолу в цеолітвмісному каталізаторі одержання вуглеводнів з метанолу
Journal Title: Хімія, фізика та технологія поверхні - Year 2018, Vol 9, Issue 2
Abstract
Вперше показано, що дифузія метанолу у зерні каталізатора H-ZSM-5/Al2O3 є аномальною та описується рівнянням дифузії із дробовою похідною за часом, а режим транспорт метанолу є суб-дифузійним. Метою даною роботи є опис експериментальних даних масоперенесення метанолу в зерні цеолітвмісного каталізатора синтезу олефінів з метанолу на підставі рішень рівняння дифузії другого закону Фіка та рівняння дифузії із дробовою похідною за часом. В роботі використано мезопористий каталізатор на основі цеоліту H-ZSM-5 та оксиду алюмінію з масовим співвідношенням цеоліту до оксиду алюмінію 3/1. Транспорт метанолу вивчено з використанням розробленого методу дослідження процесів масопереносу у твердих пористих тілах у проточному режимі, який заснований на імпульсному насиченні пористого зразка, встановленого до дифузійної комірки, адсорбатом із подальшим хроматографічним аналізом зміни кількості десорбованого адсорбату в часі. Пористий зразок встановлюється у дифузійній комірці таким чином, що половина поверхні його заблокована для доступу адсорбату, що дозволяє застосовувати граничні умови другого роду для рішення рівняння дифузії. В результаті проведення дослідження одержано залежності відносної концентрації метанолу на межі зерна каталізатора від часу. Одержані експериментальні залежності на всій часовій осі проаналізовані на підставі аналітичного рішення рівняння дифузії другого закону Фіка, проте кореляції між теоретичними рішеннями та експериментальними даними є дуже низькими. Асимптотичний аналіз експериментальних даних, лінеаризованих на великих часах у логарифмічних координатах згідно рішення рівняння звичайної дифузії, засвідчив, що рівняння другого закону Фіка є незастосовним до опису одержаних експериментальних даних, оскільки тангенс кута нахилу експериментальних даних суттєво відрізняється від теоретичного значення, яке дорівнює одиниці. В той же час аналіз експериментальних даних, лінеаризованих на великих значеннях часу у логарифмічних координатах згідно рішення рівняння дифузії з дробовою похідною за часом, свідчить про високу відповідність між теоретичним рішенням та експериментальними даними. Розраховані значення дробової розмірності та дробового коефіцієнта дифузії не залежать від експериментальних умов, тобто є індивідуальною характеристикою пари пористе тіло – дифузат та можуть бути обумовлені адсорбцією метанолу на активних центрах на поверхні каталізатора. Значення дробової розмірності є меншим за одиницю, що свідчить про реалізацію суб-дифузійного режиму транспорту, який є уповільненим порівняно зі звичайною дифузією. На підставі аналізу масоперенесення метанолу в зерні цеолітвмісного каталізатора встановлено, що рішення рівняння дифузії із дробовою похідною за часом набагато краще описують експериментальні дані порівняно з рішеннями звичайного рівняння дифузії. Значення коефіцієнтів дифузії та дробових розмірностей, розраховані на великих значеннях часу масоперенесення, відповідають значенням коефіцієнтів дифузії та дробових розмірностей, одержаних шляхом аналізу масоперенесення на всій часовій осі. Встановлено, що масоперенесення метанолу в зерні каталізатора перебігає у повільному суб-дифузійному режимі. Експериментальне підтвердження наявності аномальної дифузії є фундаментальним для теоретичного розуміння процесів масоперенесення і моделювання, а також для застосування при вирішенні інженерних задач.
Authors and Affiliations
A. A. Zhokh, P. E. Strizhak
Keywords
Related Articles
- EP ID EP460444
- DOI 10.15407/hftp09.02.145
- Views 108
- Downloads 0
Study of the physical-chemical and sorption properties of SnO2 prepared by mechanochemical and microwave routes
There are many methods for synthesis of tin dioxide SnO2, namely sol-gel, precipitation. However, these methods do not allow to regulate the physical-chemical properties in wide limits in the synthesis stage. The most co...
Physical-chemical and photocatalytic studies of equimolar composition ZnO-SnO2 modified via hydrothermal and thermal treatment
We studied the interaction in mixture of low-dispersed crystalline zinc and tin oxides as well as in their coprecipitated X-ray amorphous composition under hydrothermal and thermal treatment. The aims of work were the st...
Синтез и свойства магниточувствительных наноструктур с карбонизованной поверхностью
Цель работы – синтез новых магниточувствительных наноструктур с карбонизованной поверхностью на основе однодоменного магнетита и исследование их свойств. Методы исследования - спектрофотометрия, рентгеноструктурный анал...
Фізико-механічні властивості органо-неорганічних композитів на основі поліуретану, силікату натрію та Zn-Al шаруватих подвійних гідроксидів
Mетою даної роботи було створення органо-неорганічних композитів (ОНК) поліуретану, що містять силікат натрію та Zn-Al шаруваті подвійні гідроксиди (ШПГ). Органічною матрицею було вибрано макродіізоціанат (МДІ) на основі...
Benzoyl peroxide decomposition on the surface of carbon materials on the base of activated carbon KAU
Stability of non-aqueous solutions and catalytic reaction of benzoyl peroxide (BP) decomposition by samples of carbon materials (CM) – apricot shell stone activated carbon KAU, its nitrogen- and oxygen-containing (N-KAU,...