CC BY
65
УДК 66.097.3
Е.О. Кузина, К.Г. Кузьминых, В.З. Пойлов, А.Л. Казанцев, С.А. Смирнов, В.В. Вахрушев, А.Р. Кобелева
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГОПКАЛИТОВ РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ
С помощью рентгенофазового анализа, анализа поверхности на электронном микроскопе, элементного анализа поверхности, анализа удельной поверхности исследованы характеристики гопкалитов производства США, Польши и Китая.
Гопкалит является катализатором для окисления СО в С02. Ок-
3
сид углерода является токсичным газом (концентрация 45 мкг/м данного газа в помещении является смертельной для человека). Гопкалит широко применяется в средствах индивидуальной и коллективной защиты, поэтому от его свойств зависит здоровье людей.
Целью данной работы являлось сравнение характеристик гопкалитов производства США, Польши и Китая. В процессе работы были проведены рентгенофазовый анализ, анализ поверхности на электронном микроскопе, элементный анализ поверхности при помощи энергодисперсионного анализа, анализ удельной поверхности.
Гопкалиты производства США и Польши внешне представляют собой частицы неправильной формы темно-коричневого цвета (рис. 1, 2). Гопкалит китайского производства внешне представляет собой цилиндрические гранулы темно-коричневого цвета (рис. 3).
Для оценки состояния поверхности гопкалитов был проведен анализ на электронном микроскопе 8-3400К фирмы ИкасЫ. Параллельно был проведен элементный анализ поверхности при помощи энергодисперсионной приставки фирмы Бгикег.
Как видно на фотографиях, все образцы гопкалита имеют пористую поверхность. Поверхность всех образцов представлена в виде агломератов частиц размерами 400-600 нм.
Рис. 1. Микрофотографии поверхности гопкалита производства США (а - 40 крат; б - 1000 крат; в - 10 000 крат; г - 20 000 крат)
Рис. 2. Микрофотографии поверхности гопкалита производства Польши (а - 40 крат; б - 1000 крат) (см. также с. 63)
вг
Рис. 2. Микрофотографии поверхности гопкалита производства Польши
(в - 10 000 крат; г - 20 000 крат)
вг
Рис. 3. Микрофотографии поверхности гопкалита производства Китай (а - 40 крат; б - 1000 крат; в - 10 000 крат; г - 20 000 крат)
Элементный анализ поверхности в одной точке размером 1^1 мкм в центре гранулы показал, что в гопкалите американского производства содержатся основные элементы Мп (43,35 %), Си (26,65 %) и О (28,11 %); содержатся примеси К (1,17 %), Са (0,6 %), Mg (0,08 %) и 8 (0,04 %). В образце гопкалита польского производства содержатся основные элементы Мп (36,62 %), Си (23,22 %) и О (35,93 %); примеси К (1,15 %), Са (1,88 %), Mg (0,86 %) и 81 (0,34 %). В образце гопкалита китайского производства содержатся основные элементы Мп (44,29 %), Си (14,61 %) и О (33,87 %); примеси К (2,13 %), Са (0,5 %), Mg (0,5 %), 8 (0,2 %), 81 (0,14 %) и А1 (3,76 %). Таким образом, все образцы гопкалита содержат в своем составе примеси. Гопкалит американского производства, по сравнению с остальными, содержит меньшее количество примесей; наибольшее содержание примесей имеет гопкалит китайского производства.
Основными компонентами гопкалита являются оксид меди (СиО) и диоксид марганца (Мп02). Диоксид марганца имеет несколько разновидностей кристаллического строения, что является важным фактором, так как не все разновидности обладают каталитическим свойством окисления СО. Для установления кристаллической структуры диоксида марганца в образцах гопкалита был проведен рентгенофазовый анализ. Рентгенофазовый анализ проводили на рентгеновском дифрактометре ХЯБ-7000 фирмы 8Ышаё7и с медной рентгеновской трубкой (длина волны рентгеновского излучения 1,5406 А). Диапазон сканирования 2ТИе1а составлял 10-100 град, ускоряющее напряжение 40 кВ, сила тока 30 мА. На рис. 4 представлены рентгенограммы гопкалитов.
Результаты рентгенофазового анализа свидетельствуют о том, что в образцах гопкалитов американского и польского производства диоксид марганца является рентгеноаморфным. В образце гопкалита китайского производства диоксид марганца имеет тетрагональную кристаллическую решетку (сингония 14/ш).
Важной характеристикой катализаторов является удельная поверхность. Определение полной удельной поверхности с помощью многоточечного метода БЭТ проводили на приборе Сорби-М8. В качестве газа-адсорбата при измерении удельной поверхности использовался азот. Результаты измерения показали, что гопкалит американского производства имеет удельную поверхность 278,7±6,1 м2/г, польского производства - 227,3±3,4 м2/г, китайского - 193,0±2,2 м2/г.
I (Count) I (Count) I (Count)
2Theta (deg)
a
2Theta (deg) 6
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
■ Я—— ■ ■ ■ 1 ■ ■ . 1 ■ Mn02 14/m
f
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
2Т1пе1а ^ед) в
Рис. 4. Рентгенограмма гопкалита американского (а), польского (б) и китайского (в) производства
Был проведен анализ каталитической способности гопкалитов производства США, Польши и Китая, он показал время защитного действия по оксиду углерода: для гопкалита США - 60 мин, для польского - 46 мин, для китайского - 15 мин.
Выводы:
1. Наибольшую продолжительность защитного действия от оксида углерода (60 мин) имеет гопкалит американского производства, что может быть объяснено наибольшей удельной поверхностью, более высоким содержанием основных элементов (суммарное содержание Мп, Си и О составляет 98,11 %).
2. Гопкалит польского производства незначительно уступает по своим характеристикам гопкалиту производства США по продолжительности защитного действия, по удельной поверхности и по содержанию основных компонентов (суммарное содержание Мп, Си и О составляет 95,77 %).
3. Гопкалит китайского производства по сравнению с польским и американским имеет самые низкие показатели. Низкая продолжительность защитного действия от оксида углерода (15 мин) объясняется низким содержанием основных элементов (суммарное содержание Мп, Си и О составляет 92,77 %) и малой удельной поверхностью.
Получено 2.06.2011
