CC BY
4
УДК 669.248.7
Хазанов Н.А., Трофимов А.В., Аснис Н.А., Писарев Д. А., Григорян Н.С.
Интенсификация процесса металлизация пенополиуретановой матрицы
Хазанов Николай Андреевич - ассистент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, khazanovk@mail.ru
Трофимов Артём Владимирович - студент 4-ого курса бакалавр кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии;
Аснис Наум Аронович - к.т.н., ведущий научный сотрудник УНЦ химической и электрохимической обработки материалов (на правах отдела);
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва. Писарев Дмитрий Андреевич - студент 2-ого курса магистратуры кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии;
Григорян Неля Сетраковна - к.х.н, профессор кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
Публикация посвящена разработке технологического процесса никелирования высокопористых ячеистых материалов, подобран оптимальный состав электролита и параметры электроосаждения, позволяющие получать покрытия, удовлетворяющие требованиям, предъявляемым носителям для катализаторов. Ключевые слова: металлические катализаторы, металлизация высокопористых ячеистых материалов, никелирование, никелевые покрытия, металлические высокопористые ячеистые материалы, металлизация пенополиуретана.
Intensification of the metallization process of the polyurethane foam matrix
Khazanov N.A., Trofimov A.V., Asnis N.A., Pisarev D.A., Grigoryan N.S. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The publication is devoted to the development of the technological process of nickel plating of highly porous cellular materials, the optimal composition of the electrolyte and the parameters of electrodeposition are selected, allowing obtaining coatings that meet the requirements of carriers for catalysts.
Key words: metal catalysts, metallization of highly porous cellular materials, nickel plating, nickel coatings, metal highly porous cellular materials, metallization of polyurethane foam.
Введение
В настоящее время в химической промышленности широко используются
каталитические процессы. Действие катализаторов основано на снижении энергии активации за счет изменения механизма химической реакции на механизм с повышенной энергией активации. Катализаторы, зачастую, необходимые для органического синтеза, представляющего собой сложные химические реакции, а также для неорганических каталитических реакций, яркий пример которых - дожигание выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, не всегда удовлетворяют технические задачи в промышленности [1].
Несмотря на то, что в современной каталитической химии разработано и используется достаточно много катализаторов различной каталитической активности в той или иной среде, до сих пор остро стоит проблема модификации структур их основы.
Наиболее распространены два типа структур носителей катализаторов - гранулированные и блочные. К катализаторам, эксплуатируемым в газовой среде, предъявляются такие требования как: развитая поверхность, низкое сопротивление
газовому потоку, высокая прочность и стойкость к истиранию [2].
Для успешного протекания процесса дожигания выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания используют блочные ячеистые катализаторы. Справедливо утверждать, что они должны оказывать низкое сопротивление газовому потоку, иметь достаточную механическую прочность и обладать хорошими массообменными характеристиками. У используемых блочных катализаторов керамическая основа, что обуславливает их высокая хрупкость, низкую теплопроводность и низкую
термостабильность [1].
Особый класс ячеистых сотовых структур представляют высокопористые ячеистые материалы (ВПЯМ). ВПЯМ отличается от других типов матриц наличием специфической структуры. Основным способом их получения является нанесение слоя вещества (металла, оксида, карбида и др.) на поверхность полимерной матрицы с последующей термообработкой в специальной среде с целью удаления полимерного каркаса [3].
Общим для всех ВПЯМ является использование в качестве матрицы открытоячеистого материала, например, пенополиуретана (ППУ).
Выбор ППУ в качестве матрицы обусловлен тем, что доля полиуретана в общем объёме матрицы
составляет от 1 до 3 %, остальное пространство занимают пустоты. Преимуществом ППУ перед другими высокопористыми материалами состоит также в высокой однородности структуры [1].
Из литературы известно, что у керамических высокопористых ячеистых материалов удельная площадь поверхности выше, нежели чем у металлических. Вместе с тем, металлические структуры менее чувствительны к термоударам за счет высокой теплопроводности материала основы.
Примером реакции, в которой металлический ВПЯМ может служить эффективным носителем катализаторовявляетя реакция каталитического дожита отходящих газов, образованных в ходе работы двигателей внутреннего сгорания, работающих на метан-бутановой смеси [4], дизельном топливе [5], а также дожиг при очистке газов от органических примесей на производстве[6].
Экспериментальная часть
Объектом исследования в данной работе является никелевый высокопористый ячеистый материал размером 20х25х40 мм с пористостью 95%, служащий подложкой для последующего осаждения каталитически активного слоя или используемый непосредственно как катализатор.
В ходе работы исследовали три электролита никелирования. Электролит 1 - низкотемпературный сульфатный электролит, электролит 2 -низкотемпературный сульфатно-цитратный и электролит 3 типа Уотса.
Был осуществлён электролиз из исследуемых электролитов при постоянном напряжении, значение которого было определено опытным путём для каждого типа электролита.
Стоит отметит, что для электролитов 1 и 2 данное значение составляет 2,2-2,4 В, для электролита 3 1,31,5 В. При более низком напряжении ток осаждения составляет не выше 0,18 А, что является неэффективным. Высокие значения напряжения приводят к высаливанию и пассивации поверхности катода.
На металлографическом микроскопе были измерены толщины никелевых слоев на фотографиях поперечных шлифов покрытий, полученных из электролитов 1, 2 и 3 (Рис. 1, таблица 1). По соотношению толщин никелевого покрытия в глубине и на поверхности можно судить о распределении металла.
Рис. 1 Фотография шлифа никелевого покрытия, полученного из электролита 1, на поверхности образца (А) и в глубине образца (Б)
р = ÔprçpL _ ioo%= 31%
"внеш.
Таблица 1. Значение распределение металла никелевых покрытий
Электролит ^внутр., мкм ^внеш., мкм Распределение, %
1 22 71 31
2 28 45 62
3 15 52 18
Комбинированная 25 72 49
С целью интенсификации был рассмотрен процесс комбинированной обработки, представляющий собой последовательность стадий нанесения
гальванической затяжки в электролите 2 до толщины покрытия 20-30 мкм, после образец доращивали в электролите 1 и выжигали.
Заключение
Исходя их полученных результатов предпочтительно использовать комбинированную обработку при гальваническом осаждении никеля на поверхность ВПЯМ с нанесенным химическим слоем никеля. Данный тип обработки позволяет интенсифицировать процесс осаждения никелевого покрытия на высокопористый ячеистый материал.
Список литературы
1. Catalytic Combustion for Gas Turbine Applications / Johansson E.N., Papadias D., Thevenin P.O., Ersson A.G., Gabrielsson R., Menon P.G., Bjornbom P.H., Jaras S. G. // Catalysis - A Specialist Periodical Report Royal Society of Chemistry. - 1999. - V. 14. - P. 183-235.
2. Catalytic fuel combustion - a way of reducing emission of nitrogen oxides /Ismagilov Z.R., Kerzhentsev M.A. // Catalysis Reviews Science and Engineering. -1990. - V. 32. - N. 1-2. - P. 51-103.
3. Подбор модифицирующих добавок для повышения устойчивости Pd-катализаторов дожигания метана к водяным парам / Машковцев М.А., Худорожков А.К., Бекк И.Э., Порсин А.В., Просвирин И.П., Рычков В.Н., Бухтияров В.И // Катализ в промышленности. - 2011. - N. 4. - с. 63-71.
4. Каталитическое окисление водорода на системах V2O5 - нанесенный платиновый металл (Pt/Pd), сформированных при восстановлении в водороде. / В.В. Лесняк. // Катализ и нефтехимия №20, 2012. с. 113-115
5. Глубокая каталитическая конверсия водорода до воды применительно к очистке сбросных газов предприятий атомной отрасли от трития / Магомедбеков Э. П., Пак Ю. С., Розенкевич М. Б.,Сахаровский Ю.А. // Перспективные материалы, Специальный выпуск (8), февраль 2010, с. 242-246.
6. Исследование нового сотового катализатора окисления водорода на основе высокопористых ячеистых материалов. / А. С. Сумченко, А. Н. Букин, С. А. Марунич, Ю. С. Пак, М. Б. Розенкевич, М. Д. Гаспарян. // Кинетика и термодинамика взаимодействия изотопов водорода. - 2010, с.133-139
