Современные методы исследования катализаторов и

Современные методы исследования катализаторов
и каталитических процессов
Цели и задачи изучения дисциплины
Цель дисциплины – изучение основ теории и практики современных методов
исследования катализаторов и каталитических процессов, основных экспериментальных
закономерностей, лежащих в основе кинетических исследований каталитических реакций, их
связи с современными технологиями, а также формирование у магистрантов знаний и
умений, позволяющих осуществлять экспериментальное определение кинетических
характеристик каталитических реакций.
Задачи дисциплины
сформировать базовые знания и представления о фундаментальных законах и
основных методах исследования каталитических реакций;
 сформулировать основные задачи исследования кинетики каталитических реакций,
установить область и границы применимости различных методов;
 рассмотреть основные экспериментальные закономерности, структуру и
математическую форму основных уравнений, лежащих в основе исследования
кинетики каталитических реакций, особенности их использования в различных
методах;
 рассмотреть основные приемы и методы экспериментального и теоретического
исследования кинетики каталитических реакций, использование этих методов в
современных технологиях;
 установить область применимости моделей, применяемых в кинетических
исследованиях, рассмотреть способы вычисления кинетических величин,
характеризующих явления; обеспечить овладение методологией физико-химических
исследований кинетики каталитических реакций.

Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение дисциплины
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:
Иметь представление:
 о принципиальных основах, практических возможностях и ограничениях важнейших
кинетических закономерностей,
 об аппаратурном оснащении и условиях проведения эксперимента при осуществлении
исследования кинетики каталитических реакций различными методами,
 об интерпретации экспериментальных данных,
 об основных принципиальных отличиях разных подходов к исследованию кинетики
каталитических реакций.
Знать:
 базовую терминологию, относящуюся к физико-химическим методам исследования
кинетики каталитических реакций;
 основные понятия и законы, лежащие в основе кинетических исследований.
Уметь:
 продемонстрировать связь между различными кинетическими параметрами
каталитических реакций, структурой и свойствами веществ;
 осуществить выбор соответствующего физико-химического метода исследования
кинетики каталитических реакций, в том числе и in situ
 использовать знание кинетических закономерностей каталитических реакций при
выполнении курсовых и дипломных работ и интерпретации экспериментальных
данных.
1
 владеть компетенциями:
Код
Наименование результата обучения
ОК-1
Способность ориентироваться в условиях производственной деятельности и
адаптироваться в новых условиях
ОК-6
ПК 1
ПК 2
ПК 3
Понимание принципов работы и умением работать на современной научной
аппаратуре при проведении научных исследований
Наличие представления о наиболее актуальных направлениях исследований в
современной теоретической и экспериментальной химии
Знание основных этапов и закономерностей развития химической науки,
понимание объективной необходимости возникновения новых направлений,
наличие представления о системе фундаментальных химических понятий и
методологических аспектов химии, форм и методов научного познания, их
роли в общеобразовательной профессиональной подготовке химиков
Владение теорией и навыками практической работы в избранной области химии(в
соответствие с темой магистерской диссертации)
Краткое содержание
Роль катализа в современной промышленности. Требования, предъявляемые к
промышленным катализаторам. Современные методы исследования поверхности.
Металлические катализаторы: компактные металлы, черни металлов; металлы на носителях.
Оксидные катализаторы. Кислотно-основные катализаторы. Ионнообменные смолы.
Металлокомплексные катализаторы и каталитические системы. Катализаторы на основе
ферментов. Носители катализаторов. Требования к носителям. Важнейшие носители.
Бифункциональные катализаторы.
Исследование состава и структуры твердого тела. Современные методы исследования
поверхности. Исследование катализаторов в процессе работы.
Примеры схем механизмов каталитических реакций и уравнений, описывающих эти
реакции. Элементарные стадии. Каталитический цикл. Особенности каталитических циклов,
относящихся к различным типам катализа. Катализаторы, примеры реакций, механизмы
активации субстрата. Эффекты среды. Твердые кислоты и основания. Природа и механизм
действия активных центров твердых кислот и оснований. Важнейшие твердые кислотноосновные катализаторы: оксиды алюминия и кремния, алюмосиликаты, цеолиты,
ионообменники на основе органических и минеральных полимеров. Промышленные
процессы на кислотно-основных катализаторах.
Стерический и энергетический факторы. Активация водорода, кислорода, оксида
углерода, олефинов и алканов. Катализ сплавами. Катализ коллоидными металлами.
Металлические катализаторы в промышленности. Механизмы реакций, катализируем
сульфатами, фосфатами, карбонатами, галогенидами. Активные центры солевых
катализаторов. Факторы, влияющие на каталитическую активность солей. Катализ
гетерополикислотами.
Основные определения. Связь между координационной и каталитической химией.
Классификация лигандов. Типы связей в металлокомплексах. Реакционная способность
координированных частиц. Активация кислорода, водорода, монооксида углерода, олефинов,
алканов. Проблемы фиксации диоксида углерода и молекулярного азота.
Металлокомплексные катализаторы в промышленных процессах: изомеризация,
гидрирование, олиго- и полимеризация, окисление, гидроформилирование, эпоксидирование,
диспропорционирование. Цели и методы гетерогенизации комплексов переходных металлов:
2
адсорбционная, ионообменная, координационная и ковалентная гетерогенизация.
Специальные методы гетерогенизации. Примеры гетерогенизации металлокомплексов.
Строение ферментов. Четыре уровня структуры ферментов. Активные центры и
факторы, обуславливающие избирательность действия ферментов. Коферменты.
Классификация ферментов. Особенности механизма каталитического действия ферментов.
Иммобилизированные
ферменты.
Примеры
промышленного
и
аналитического
использования.
Фотокатализ. Электрокатализ. Особенности и условия протекания реакций. Примеры
реализации фото- и электрокатализа. Межфазный катализ. Общая характеристика.
Межфазные переносчики. Механизмы межфазного катализа. Примеры реализации.
Мембранный катализ. Примеры. Области применения. Строение и типы мицелл. Причины
ускорения реакций в прямых и обратных мицеллах.
3