На главную Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
Вход | Регистрация | Карта сайта | English
| Расширенный поиск

 
История ИК СО РАН
Издательская деятельность
СМИ об институте
Версия для печати | Главная > Институт > Семинары  > 2013 г. > Козлов Д.В.

Козлов Д.В.

22 ноября, в пятницу, в 15-00 в конференц-зале Института катализа состоится проблемный семинар института катализа.

Обсуждение диссертационной работы Козлова Дениса Владимировича на соискание ученой степени доктора химических наук по специальности 02.00.15 «катализ»:
«Новые высокоактивные материалы на основе TiO2 для фотокаталитического окисления паров органических веществ и очистки воздуха»

Рецензенты: д.х.н. А.М. Володин, д.х.н. В.Ф. Плюснин

Аннотация диссертационной работы Козлова Дениса Владимировича

“Новые высокоактивные материалы на основе TiO2 для фотокаталитического окисления паров органических веществ и очистки воздуха”
на соискание ученой степени доктора химических наук по специальности 02.00.15 “катализ”

Актуальность работы

В последние десятилетия в связи с бурным развитием промышленности и автотранспорта перед человечеством появился ряд проблем, и прежде всего проблема загрязнения воды и воздуха органическими веществами. Источниками таких веществ являются промышленные выбросы, отходы сельского хозяйства и животноводства, транспорт, материалы, используемые для внутренней отделки помещений. Концентрации органических веществ, как правило, невелики, но постоянный контакт с ними и вдыхание паров может причинить существенный вред здоровью. Традиционные методы очистки основаны, главным образом, на адсорбции загрязнителя, который аккумулируется на сорбенте и требуется его дальнейшая утилизация, что является недостатком с практической точки зрения. Поэтому интерес представляют каталитические технологии, в которых происходит разрушение молекул загрязняющих веществ с образованием малотоксичных или нетоксичных продуктов. К таким методам относится, в частности, фотокатализ. Известными преимуществами фотокатализа являются возможность проводить фотопроцессы при комнатных температурах, давлениях и влажности воздуха, использование энергии ближнего УФ и солнечного света, способность TiO2 минерализовать практически все органические вещества. В связи с вышесказанным разработка новых высокоактивных материалов на основе TiO2 для фотокаталитического окисления паров органических веществ и очистки воздуха является актуальным.

Постановка цели и задач

По данным Европейского научного сообщества ObservatoryNANO современное состояние дел в фотокатализе позволяет говорить о нескольких устоявшихся направлениях: 1) фотокаталитическом разложении воды; 2) фотокаталитической очистке воды и воздуха; 3) самоочищающихся поверхностях и материалах; и 4) технологиях разрушения боевых отравляющих веществ, находящихся на разных этапах практической реализации от фундаментальных исследований до начала коммерческих продаж. Однако, ни одна область фотокатализа, за исключением разработки самоочищающихся материалов, не вышла на этап масштабной коммерциализации и большинство исследований находятся на этапе НИР или изготовления и испытания прототипов. Это объясняется рядом объективных причин: 1) невысокой скоростью фотопроцессов; 2) дезактивацией TiO2; 3) низкой активностью фотокатализаторов под видимым светом; 4) рядом прикладных проблем. В связи с вышеизложенным была сформулирована цель настоящей работы.

Целью работы является разработка новых фотокатализаторов и материалов на основе TiO2 с высокой активностью в реакциях каталитического окисления паров широкого класса органических веществ для использования в технологии очистки воздуха. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

  1. Установление взаимосвязи между свойствами поверхности TiO2 анатазной модификации и кинетикой фотокаталитического окисления паров органических веществ. Разработка способа увеличения фотокаталитической активности TiO2;
  2. Синтез и исследование титаноксидных катализаторов для процессов фотокаталитической деструкции серо-, фосфор- и азотсодержащих органических веществ, а также аммиака, синильной кислоты, гидразина и его аналогов. Исследование процессов дезактивации;
  3. Разработка новых композиционных фотокаталитически активных материалов, содержащих диоксид титана, обладающих повышенной адсорбционной емкостью и стабильностью в процессах фотокаталитического окисления паров органических веществ;
  4. Синтез фотокатализаторов на основе TiO2 для полной минерализации органических веществ под видимым светом;
  5. Разработка новых носителей для фотокатализаторов;
  6. Разработка конструкций коммерческих реакторов для фотокаталитической очистки воздуха.

Следующие результаты научных исследований, выполненных при решении поставленных выше задач, составляют основные положения настоящей диссертации, выносимые на защиту:

  1. Зависимость фотокаталитической активности от кислотности поверхности TiO2 (относительной силы и количества кислых центров) задаваемых путем обработки TiO2 серной кислотой и гидроксидом натрия.
  2. Зависимость скорости и энергии активации ФКО паров ацетона и бензола от влажности воздуха и кислотности поверхности TiO2.
  3. Состав продуктов и кинетические закономерности ФКО паров серо-, фосфор- и азотсодержащих органических веществ, а также аммиака, синильной кислоты, гидразина и его аналогов. Зависимость скорости темнового гидролиза диметилфосфоната от кислотности TiO2. Зависимость скорости ФКО HCN от состава и способа приготовления фотокатализатора на основе TiO2. Экспериментальные результаты исследования стабильности работы фотокатализаторов: дезактивация и реактивация.
  4. Кинетические закономерности ФКО паров этилового спирта на уранил модифицированных фотокатализаторах под УФ и видимым светом. Спектр действия фотокатализатора UO2(NO3)2/TiO2.
  5. Экспериментальные зависимости и кинетические модели реакций ФКО паров органических веществ на композиционных фотокатализаторах TiO2/адсорбент.
  6. Экспериментальные зависимости активности тканевых материалов в реакции ФКО паров ацетона, определяемые способом приготовления (состав пропиточной суспензии и последовательность пропитки). Стабильность тканевых материалов под УФ светом.
  7. Расчет параметров многоступенчатого фотокаталитического реактора и результаты испытаний.

Работа изложена в шести главах, представляющих собой изложение экспериментальных методов и подходов к моделированию кинетики фотопроцессов и численной обработки результатов ИК измерений, а также пяти глав, в которых приведено последовательное описание исследований и результатов в рамках поставленных задач. Обзоры литературных данных или краткие введения предваряют каждую из глав, в которых изложены материалы диссертации.

Новизна

Установленные зависимости фотокаталитической активности TiO2 от кислотности поверхности и влажности воздуха, а так же кинетические закономерности ФКО от состава фотокатализатора вносят существенный вклад в знания о природе фотокаталитических превращений и позволяют существенно увеличить эффективность TiO2 в реакциях фотокаталитического окисления органических веществ. Разработанные новые материалы на основе диоксида титана, нанесенного на адсорбенты и тканевые носители, позволяет значительно расширить область применений фотокатализа, в том числе, для использования в конструкциях высокоэффективных реакторов, в изготовлении сорбентов с функцией самоочистки и для пошива тканевых изделий с функцией самоочистки, в том числе химзащитной одежды.

Список публикаций по теме диссертации

Статьи

1. D. V. Kozlov, E. A. Paukshtis, E. N. Savinov, The comparative studies of the titanium dioxide in the gas-phase ethanol photocatalytic oxidation by the FTIR in situ method, Applied Catalysis B: Environmental, 24 (2000) L7-L12.

2. Denis V. Kozlov, Alexandr V. Vorontsov, Panagiotis G. Smirniotis, Eugenii N. Savinov, Diethylsulfide gas-phase photocatalytic oxidation: kinetic investigation and TiO2 deactivation, Applied Catalysis B: Environmental 2003 vol. 42 issue 1, pp. 77-87

3. Denis Kozlov, Dmitry Bavykin, Evgueny Savinov, Effect of the acidity of TiO2 surface on its photocatalytic activity in acetone gas phase oxidation, Catalysis Letters 86 (4): 169-172, March 2003

4. D. V. Kozlov, A. A. Panchenko, D. V. Bavykin, E. N. Savinov, P. G. Smirniotis, The Influence of air humidity and TiO2 surface acidity on photocatalytic activity of TiO2, Russian Chemical Bulletine, Int. Ed., 2003, 52, 1100

5. A. V. Vorontsov, D. V. Kozlov, P. G. Smirniotis, and V. N. Parmon, TiO2 Photocatalytic Oxidation: I. Photocatalysts for Liquid-Phase and Gas-Phase Processes and the Photocatalytic Degradation of Chemical Warfare Agent Simulants in a Liquid Phase, Kinetics and Catalysis, 2005, 46, 189-203.

6. A. V. Vorontsov, D. V. Kozlov, P. G. Smirniotis, and V. N. Parmon, TiO2 Photocatalytic Oxidation: II. Gas-Phase Processes, Kinetics and Catalysis, 2005, 46(3), 422-436.

7. A. V. Vorontsov, D. V. Kozlov, P. G. Smirniotis, and V. N. Parmon, TiO2 Photocatalytic Oxidation: III. Gas-Phase Reactors, Kinetics and Catalysis, 2005, 46(3), 437-44.

8. I. A. Baturov, A. V. Vorontsov, D. V. Kozlov, Regularities of decomposition of organic vapors using a photocatalytic air cleaner, Russian Chemical Bulletin, 2005, Volume 54, Number 8, Pages: 1866 – 1873.

9. Д. В. Козлов, Ю. В. Трофименко, В. П. Дубовицкая, А. В. Воронцов, Фотокаталитическая очистка воздуха от автомобильных загрязнителей, Катализ в промышленности, (2006) №6, стр. 19-27

10. P.A. Kolinko, D.V. Kozlov, A.V.Vorontsov, S.V.Preis, Photocatalytic oxidation of 1,1-dimethyl hydrazine vapours on TiO2: FTIR in situ studies, Catalysis Today, 122 (2007) 178-185.

11. Kolinko P.A., Kozlov D.V., Photocatalytic Oxidation of Tabun Simulant-Diethyl Cyanophosphate: FTIR in Situ Investigation, Environ. Sci. Technol.; 2008; 42(12); 4350-4355

12. D.V. Kozlov, A.V. Vorontsov, Sulphuric acid and Pt treatment of the photocatalytically active titanium dioxide, Journal of Catalysis 258 (2008) pp. 87-94

13. P.A. Kolinko, D. V. Kozlov, Products Distribution During the Gas Phase Photocatalytic Oxidation of Ammonia Over the Various Titania Based Photocatalysts, Applied Catalysis B: Environmental, 90 (2009) 126-131

14. D.S. Selishchev, P.A. Kolinko, D.V. Kozlov, Adsorbent as an essential participant in photocatalytic processes of water and air purification: Computer simulation study, Applied Catalysis A: General 377 (2010) 140–149.

15. Д. В. Козлов, А. В. Воронцов, Разработка многоступенчатых фотокаталитических реакторов для очистки воздуха, Химия в интересах устойчивого развития, 19(1) (2011) 67-76

16. Denis Kozlov, Alexey Besov, Method of spectral subtraction of gas-phase Fourier transform infrared (FT-IR) spectra by minimizing the spectrum length, Applied Spectroscopy, 65(8) (2011) 918-923.

17. D.S.Selishchev, P.A. Kolinko, D. V. Kozlov, Influence of adsorption on the photocatalytic properties of TiO2/AC composite materials in the acetone and cyclohexane vapor photooxidation reactions, J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 229(1) (2012) 11-19.

18. P. A. Kolinko, P. G. Smirniotis, D. V. Kozlov, A. V. Vorontsov, Cr modified TiO2-loaded MCM-41 catalysts for UV-light driven photodegradation of diethyl sulfide and ethanol, J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 232 (2012) 1-7.

19. P.A.Kolinko, T.N. Philippov, D.V.Kozlov, V.N.Parmon, Etanol vapor photocatalytic oxidation with uranyl modified titania under visiblr light: Comparison with silica and alumina, J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 250 (2012) 72-77.

20. D.S. Selishchev, I.P. Karaseva, V.V. Uvaev, D.V. Kozlov, V.N. Parmon, Effect of preparation method of functionalized textile materials on their photocatalytic activity and stability under UV irradiation, Chemical Engineering Journal, 224 (2013) 114–120.

Патенты

  1. Д. В. Козлов, О. М. Трубицына, А. В. Воронцов, А. А. Першин, Способ приготовления катализатора на основе диоксида титана (Варианты), RU 2243033, опубликовано 27.12.2004, Бюл. № 36
  2. Д. В. Козлов, А. В. Воронцов, А. А. Першин, Способ фотокаталитической очистки газов, RU 2259866, опубликовано 10.09.2005, Бюл. №25
  3. В. А. Михайлов, Ю. В. Трофименко, Т. Ю. Григорьева, А. В. Воронцов, Д. В. Козлов, Очиститель воздуха от газообразных примесей, RU 2262455, опубликовано 20.10.2005, Бюл. №29
  4. А. В. Воронцов, Д. В. Козлов, В. Н. Пармон, Устройство для очистки и обеззараживания воздуха (варианты), патент на полезную модель №48815, , опубликовано 10.11.2005, Бюл. №31
  5. А. В. Воронцов, Д. В. Козлов, Ю. М. Поддубный, В. Ф. Мухин, Фотокаталитический очиститель воздуха, патент на полезную модель № 54817, опубликовано 27.07.2006, Бюл. №21.
  6. Собянин А. В., Снытников П. В., Козлов Д. В., Воронцов А. В., Коренев С. В., Губанов А. И., Юсенко К. В., Шубин Ю. В., Венедиктов А. Б., Способы приготовления нанесенных полиметаллических катализаторов (Варианты), RU2294240, опубликовано 27.02.2007, Бюл. №6
  7. Воронцов А. В., Козлов Д. В., Носитель катализатора (Варианты), RU2298435, опубликовано 10.05.2007, Бюл. №13
  8. Воронцов А. В., Козлов Д. В., Пармон В. Н., Колинько П. А., Селищев Д. С., Козлова Е. А., Бесов А. С., Фотокатализатор адсорбент (варианты), RU2375112, Опубликовано 10.12. 2009, бюл. № 34
  9. Воронцов А. В., Козлов Д. В., Клёнов О. П., Першин А. Н., Поддубный Ю. М., Мухин В. Ф., Елчиева Е. И., Мельцер В. А. Устройство для очистки воздуха, RU89423, опубликовано 10.12.2009, бюл. № 34
  10. Козлов Д. В., Воронцов А. В., Мухин В. Ф., Устройство для комбинированной очистки воздуха, RU 99348, опубликовано ,.бюл № 32 от 20.11.2010
  11. Козлов Д. В., Селищев Д. С., Колинько П. А., Козлова Е. А., Композитный адсорбционно-каталитический материал для фотокаталитического окисления, RU 2465046, опубликовано 27.10.2012
  12. Козлов Д. В., Селищев Д. С., Колинько П. А., Козлова Е. А., Композитный фотокатализатор для очистки воды и воздуха, RU 3478413, опубликовано 10.04.2013, бюл. № 10.
  13. Фатхутдинов Р. Х., Уваев В. В., Карасева И. П., Пухачева Э. Н., Саляхова М. А., Козлов Д. В., Селищев Д. В., Путин С. Б., Ульянова М. А., Способ получения фильтрующе-сорбирующего материала с фотокаталитическими свойствами, RU 2482912, опубликовано 27.05.2013 бюл. № 15

Доклады на конференциях

  1. D. Kozlov, A. Vorontsov, V. Parmon, Photocatalytic reactors for Air Purification: Development and Application, EUROPACAT-8, 26-31 August, 2007, Turku, Finland. Key-note lecture, Book of Abstracts K17-2.
  2. D. V. Kozlov, D. S. Selishchev, A. V. Vorontsov, Influence of photocatalyst adsorption properties on the kinetics of organic pollutants removal, Oral Presentation, abstracts, pp. 349-350, 6th European Meeting on Solar Chemistry & Photocatalysis: Environmental Applications (SPEA6), June 13-16, 2010, Prague, Czech Republic.
  3. D.S. Selishchev, D.V.Kozlov, Effect of adsorbent presence on the kinetics of pollutant vapor photocatalytic oxidation, “Photocatalytic and Advanced Oxidation Technologies for Treatment of Water, Air, Soil and Surfaces” (PAOT), Gdansk University of Technology, Gdansk, Poland, 4-8 July 2011, Oral, Abstracts, pp. 21-22.
  4. D. Kozlov, V. Parmon, “Photocatalysis: Engineering Aspects of Photocatalytic Processes”, XX International Conference on Chemical Reactors (CHEMREACTOR-20), December 3-7, 2012, Luxemburg, Abstracts pp. 7-8. (Plenary Lecture)

 

Под руководством соискателя защищена кандидатская диссертация Колинько П. А. по теме “Закономерности фотокаталитического окисления азотсодержащих соединений на поверхности диоксида титана”, 2009, ИК СО РАН



Copyright © catalysis.ru 2005-2016