В органической химии проблемы, связанные с катализом, являются на сегодняшний день самыми малоизученными и требуют в большинстве случаев детальных исследований и создания единой теоретической базы.

Разработка каталитических   процессов на   основе новых катализаторов является сложной задачей требующей экспериментальной и теоретической проработки.

Предлагается новый подход к использованию катализаторов в химических синтезах, основанный на использовании дисперсий наноструктурированных материалов в качестве катализаторов (матрицы разборки), вностимых непосредственно в сырьевые компоненты, и матриц сборки, вводимых на заключительных стадиях синтеза. Использование катализаторов в наноструктурированной форме позволяет исключить использование инертных носителей в виду развитой поверхности контакта. Так для наноструктурированных частиц металлов полученных мицелярным методом и методом испарения металлов в электрической дуге с последующей кристаллизацией из паровой фазы удельные поверхности в зависимости от размера частиц представлены в Табл.1.

Использование катализаторов в виде наноструктурированных материалов позволяет на порядки увеличить удельную поверхность по сравнению с катализаторами на инертных пористых носителях.

При уменьшении размера частиц катализатора его активность возрастает, что объясняется увеличением отношения высокоактивных атомов на поверхности к атомам расположенными внутри частицы с насыщенными химическими связями. Доля «поверхностных» атомов становится все больше по мере уменьшения размера частиц. Для наночастиц практически все атомы «поверхностные», поэтому при уменьшении размера наноструктурированных катализаторов их каталитическая активность возрастает, а при достижении критического размера резко снижается,  что объясняется сменой функционального  назначения наночастиц – катализаторы становятся реагентами.

    Таблица 1

Удельная поверхность наноструктурированных частиц

Диаметр частицы, нм	Масса частицы, кг	Площадь поверхности, м2	Удельная поверхность м2/г
1	2	3	4
Мицелярный метод получения
2	7,04×10-23	9×10-18	511,364
5	1,1×10-21	2,25×10-16	204,545
11	1,17×10-20	1,09×10-15	92,975
17	4,32×10-20	2,6×10-15	60,160
Среднее значение			160,73
Конденсация из паровой фазы
1	2	3	4
10	8,8×10-21	1,5×10-15	170,454
40	5,63×10-19	2,4×10-14	42,613
100	8,8×10-18	1,5×10-14	17,045
Среднее значение			49,9

При разработке каталитических процессов с использованием наноструктурированных катализаторов наряду с подбором элементов входящих в состав катализатора необходимо иметь данные о влиянии размера частиц на их каталитическую активность, а также учитывать следующие особенности при проведении процессов с нанокаталитическими системами:

1 .Подбор элементов каталитической системы индивидуально для каждого химического процесса на основе определения элементного состава сырьевых продуктов (матрицы разборки) и целевых продуктов (матрицы сборки).

2 .Определение технологических параметров подготовки сырьевых компонентов и полупродуктов для проведения синтеза с матрицами разборки и сборки.

3 .Выбор иммерсионной среды для создания устойчивых дисперсий наноструктурированных материалов.

Использование технологии проведения каталитических процессов с использованием наноструктурированных катализаторов позволяет: проводить процессы в существующей реакционной аппаратуре без введения конструктивных изменений; повысить устойчивость каталитических процессов к изменению технологических параметров (температура и давление); перевести химические процессы, считавшиеся ранее не перспективными с позиции каталитического воздействия, в каталитические.

На основании вышеизложенного нами были разработаны, с использованием матриц разборки сырья и сборки целевого продукта, технологические процессы производства азопигментов. В основе традиционной технологии получения азопигментов на примере пигмента оранжевого «Ж», лака рубинового ВКС и пигмента желтого светопрочного лежат химические реакции диазотирования и сочетания полученного диазосоединения.

При введении на стадии диазотироавния матриц разборки дисперсии наноструктурированных материалов и на стадии азосочетания матриц сборки целевого продукта получены пигмент оранжевый Ж, лак рубинового ВКС и пигмент желтый светопрочный с высокими характеристиками по качеству.

Матрицы разборки сырья в наноструктурированной форме обеспечивает устойчивость диазосоединения к разложению.

Наноструктурированные катализаторы увеличивают скорость процесса азосочетания на 40% и формируют мелкодисперсную форму твердой фазы азопигмента.

   Таблица 2

Колористическая оценка опытных образцов азопигментов

Наименование опытов	Инструментальная оценка в разбеле
	I, %		ΔE			ΔL	ΔC	ΔH
1	2		3			4	5	6
Пигмент оранжевый Ж
Традиционная технология	100,07	2,24			0,59		0,21	2,15
С применением нанокатализаторов на стадиях синтеза	121,50	4,31			-0,77		3,93	1,57
Лак рубиновый ВКС
Традиционная технология	96,2	0,82		0,38			0,11	0,34
С применением нанокатализаторов на стадиях синтеза	106,3	-0,54		-0,46			0,05	-0,28
Пигмент желтый светопрочный
Традиционная технология	105,47		1,54		0,45		0,69	-0,21
С применением нанокатализаторов на стадиях синтеза	124,12		5,12		-0,95		2,54	1,23

Показатели качества пигментов оранжевого Ж, лака рубинового ВКС и пигмента желтого светопрочного (Табл.2) подтверждают высокую селективность  процессов диазотирования и азосочетания пигментов с использованием матриц в наноструктурированной форме.

 

Список литературы

1.     Егорова Е.М. Наночастицы металлов в растворах. Биохимический синтез и применение // Нанотехника. - 2004. - N 1. - С.15-26.

2.     Петрик В.И., Способ получения углеродной смеси высокой реакционной способности и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2128624. 1999.