CC BY
22
При значениях 90° <0 < 0о наблюдалась частичная потеря гидрофобных свойств. Измерение всех краевых углов (0) проводилось на колориметре КМ-6 по стандартной методике [3]. Испытания проводились в интервале температур 473-673К. Полученные результаты представлены в таблице 2.
Таблица 3. Определение каталитической активности
- Т, ч
0о
0<9О°
9О°<0<0о
<10ч
10 ч
потеря термостабильности
0=0о термостабильность
©<0о частичная термостабильность
Рис. 1. Последовательность проведения эксперимента по определению термостабильности гидрофобного покрытия образцов катализатора.
Из представленных данных видно, что образец катализатора НПРБ проявляет более выраженные гидрофобные свойства (0=150°), причем термостабильность данного покрытия сохраняется вплоть до 623К. Напротив, образец НПТК при температуре 623К проявляет гидрофильные свойства, что связано с разрушением гидрофобизирующего покрытия. В процессе эксплуатации это приведет к смачиванию активных центров катализатора, значительному снижению работоспособности и падению эффективности окисления. Необходимо отметить, что термостабильность исследуемых образцов значительно выше, чем для катализаторов типа Р1/СДВБ (деформация носителя происходит уже при 403К).
Таблица 2. Определение термостабильности
образец Т, К
293 473 573 623 673
НПТК т, ч >10 >10 1 -
0, 0 110 110 110 <90 -
НПР8 т, ч >10 >10 >10 2
0, 0 150 150 150 120 <90
Далее была определена каталитическая активность образцов по отношению к реакции окисления водорода. Определение каталитической активности проводилось в отношении реакции окисления микроконцентраций водорода в «сухой» (жидкая вода отсутствует в реакционном объеме аппарата) горелке. Полученные результаты представлены в таблице 3. Каталитическая активность исследуемых образцов сравнима или выше, чем для катализаторов типа Р^СДВБ. Максимальную активность 7 с-1 проявляют образцы НПТК.
Кэ, с-1
образец (Ьвозд=33,3 л/мин; Т=333К; Укат=20мл; тк=0,03с)
Сн2=300 ррт Сн2=600 ррт
НПТК 7,0±0,5 6,5±0,5
НПРБ 4,5±0,5 5,0±0,5
Р1/СДВБ 6,0±0,5 6,0±0,5
Последний блок экспериментов связан с испытаниями катализатора в низкотемпературном конверторе водорода, который представляет собой цилиндр из нержавеющей стали диаметром 54*2 мм и высотой 30 см. Внутри конвертора по всей его длине расположен карман для термопары, который позволяет измерять распределение температуры по высоте конвертора в любой заданной точке. Реактор заполнен смесью гидрофильной спирально-призматической насадки 2*2*0,2 мм и платинового гидрофобного катализатора НПТК (всего 100 см3) в соотношении 4:1. Опытным путем была установлена необходимость предварительного прогревания конвертора до 50 °С и поддержания температуры входящего потока орошающей воды в диапазоне 52 - 55 °С (поток орошающей воды 11 л/ч).
Зависимость, представленная на рис. 2, подтверждает работоспособность исследуемого катализатора. Так как реакция окисления водорода эндотермическая, то распределение температуры является косвенным показателем водородной нагрузки на катализатор. Из графика видно, что основная нагрузка приходится на верхние 10-15 см насадочно-каталитического слоя, причем с увеличением потока водорода растягивается температурная зона реакции. Узкая зона окисления связана с высокой активностью исследуемого катализатора.
9 8 7 6
и 5 н
< 4 3 2 1
0
>
ГА V
У -*-20 л/ч
-»— 35 л/ч
А -•- 50 л/ч
15 [., см
Рис. 2. Распределение температуры по высоте конверторе в зависимости от потока водорода.
Исследуемый катализатор по ряду параметров превосходит применяемый ранее в реакции низкотемпературного окисления водорода катализатор Р^СДВБ. Учитывая высокую активность и работоспособность в каталитическом конверторе, образцы катализатора НПТК, как и НПРБ, могут успешно применяться в процессе низкотемпературного окисления водорода.
0
10
20
25
30
Иванова Наталия Анатольевна аспирантка кафедры технологии изотопов и водородной энергетики РХТУ имени Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Рябов Игорь Владимирович студент 6 курса Института материалов современной энергетики и нанотехнологии РХТУ имени Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Морозова Мария Алексеевна студентка 5 курса Института материалов современной энергетики и нанотехнологии РХТУ имени Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Низкотемпературное каталитическое окисление водорода в стехиометрической смеси с кислородом в конверторе на основе гидрофобного катализатора, Н.А. Иванова, И.А. Ничипорук, Ю.С. Пак, Успехи в химии и химической технологии. - 2014. - том XXVIII. - с.128 - 130.
2. ГОСТ 8136-85 Оксид алюминия активный. Технические условия.
3. Гидрофобные материалы и покрытия: принципы создания, свойства и применение, Л.Б. Бойнович, А.М. Емельяненко, Успехи химии - 2008 - 77(7) - с. 619-638.
Ivanovo. Nataliya Anato'levna*, Ryabov Igor' Vladimirovich, Morozova Mariya Alekseevna.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: ivanovana.1989@mail.ru
STUDY OF THE MAIN PROPERTIES HYDROPHOBIC PT-CATALYST OF LOW-TEMPERATURE HYDROGEN COMBUSTION
Abstract
Hydrogen combustion is one of most important problem in the nuclear and hydrogen energy. Its more save and sure solution is the flameless hydrogen combustion in oxygen (or air) in catalytic recombiners. High performance requirements are imposed of catalysts using. This paper deals with the study of the main properties hydrophobic PT-catalyst of low-temperature hydrogen combustion. The obtained catalytic activity was 5-7 s-1. This value is similar from other catalysts such as Pt/SDVB. The last block of experiments related to testing catalyst performance in a low-temperature hydrogen recombiner.
Key words: catalyst, hydrogen combustion, recombiner.
УДК 54.027: 544.478-03: 544.723: 544.72.02: 546.59 А. А. Одинцов*, М. С. Шепелева, О. А. Боева
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9 * e-mail: AlexanderOdintsov@yandex.ru
КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОЧАСТИЦ ЗОЛОТА РАЗМЕРОМ 14.4 НМ В РЕАКЦИИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОРТО-ПАРА КОНВЕРСИИ ПРОТИЯ
В работе синтезированы композитные каталитические системы на основе наночастиц золота размером 14.4 нм. Изучена адсорбция водорода и каталитические свойства наночастиц в реакции низкотемпературной орто-пара конверсии протия. Выявлено влияние внешнего магнитного поля на адсорбционные и каталитические свойства наночастиц золота.
Ключевые слова: наночастицы золота, низкотемпературная орто-пара конверсия протия, адсорбция водорода, каталитическая активность, магнитное поле.
Изучение каталитических свойств наночастиц благородных металлов в различных реакциях [1, 2] как никогда актуально в настоящее время. В ряде последних работ [3, 4] показано, что наночастицы золота способны адсорбировать водород в широком диапазоне температур (от 77 К до 298 К), что согласуется с теоретическими расчётами и моделированием процесса в работе [5]. В работе [3] показано, что наночастицы золота, нанесённые на оксид алюминия, проявляют каталитическую активность в реакции дейтероводородного обмена. Причём для данной реакции на наночастицах золота наблюдается ярко выраженный положительный размерный эффект.
В настоящей работе изучены свойства композитной каталитической системы на основе наночастиц золота размером 14.4 нм, нанесённых на y-Al2O3, в отношении реакции орто-пара конверсии водорода.
Наночастицы золота получены восстановлением ионов AuCl4- цитрат-ионами по методике Туркевича [6].
Процесс синтеза и нанесения наночастиц на носитель контролировался на спектрофотометрах Varian Cary 100 Scan UV-Vis и Hitachi U-3010.
Размеры и форма наночастиц золота определялись методом просвечивающей
электронной микроскопии (ПЭМ) (рис. 1). Показано, что наночастицы золота обладают сферической формой и преобладающий размер составил 14.4±2.2 нм.
Адсорбция водорода на наночастицах золота проводилась объёмным статическим методом в области давлений от 0.01 до 0.2 торр при температуре 77 К. Эксперименты показали, что весь адсорбированный водород на поверхности наночастиц золота слабо связан и легко удаляется откачкой при температуре адсорбции. Рассчитанное значение энтальпии адсорбции составило -5,4 кДж/моль.
20 ч
(14.4 ± 2.2) пт
(1, пт
Рис. 1. ПЭМ изображение наночастиц золота и гистограмма распределения частиц по размерам
Величина активной поверхности каталитической системы рассчитывалась по формуле:
SH = 2nm°AuNA ■
(1)
