Состав и активность сложных железооксидных катализаторов очистки газов от оксида углерода (II) Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

О. И. Ахмеров

СОСТАВ И АКТИВНОСТЬ СЛОЖНЫХ ЖЕЛЕЗООКСИДНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ОКСИДА УГЛЕРОДА (II)

Ключевые слова: оксиды и гидроксиды железа, ферриты, твердые растворы, каталитическая активность, окисление оксида углерода (II).

Исследовано влияние состава железооксидных систем, содержащих щелочные металлы, переходные металлы переменной валентности, редкоземельные элементы на каталитическую активность в реакции окисления оксида углерода (II).

Key words: oxides and hydroxides of iron, ferrites, solid solutions, the catalytic activity, oxidation of

carbon oxide (II).

The influence of zhelezooksidnyh systems containing alkali metals, transition metals of variable valency rare earth elements on the catalytic activity in oxidation of carbon oxide (II).

В связи с увеличивающимся загрязнением атмосферы больших городов и промышленных районов возрастает актуальность совершенствования способов очистки промышленных газов и выхлопных газов автотранспорта.

Оксид углерода является одним из основных токсичных компонентов, содержащихся в отходящих газах различных производств - металлургия, производство огнеупоров, содовое производство, а также выхлопных газов автотранспорта как продукт неполного сгорания топлив, выбросах теплоэлектроцентралей и т.д.

Наиболее перспективным методом очистки является каталитическое окисление, основанное на превращении токсичного компонента в менее токсичную форму. Он проводится при более низких температурах, чем термическое дожигание и является более дешевым [1, 2].

На сегодняшний день актуальной является задача замены катализаторов на основе благородных металлов на более дешевые, в частности, оксидные.

Целью работы является исследование состава сложных оксидных систем на основе кислородных соединений железа различного фазового состава и соединений щелочных металлов, d-элементов переменной степени окисления и РЗЭ на каталитическую активность в реакции окисления оксида углерода (II).

Экспериментальная часть

Исследованные каталитические системы преставляли оксиды или гидроксооксиды железа (III) и сложные оксидные системы на их основе. Они были синтезированы путем совместного осаждения труднорастворимых соединений металлов из растворов или путем пропитки одного металлооксидного соединения соединением другого металла из водных растворов. Далее проводилось отделение твердой фазы от раствора, сушка контактной массы, ее формование и обжиг при температурах 400-700оС

Каталитическое окисление оксида углерода (II), проводилось на проточной лабораторной установке при следующих условиях: температура в слое катализатора 250-600оС, содержание СО в газовоздушной смеси 2 %, объемная скорость газа 30-103 ч-1.

Каталитическая активность оценивалась по степени превращения оксида углерода (II). Для анализа газовоздушной смеси применялся газоанализатор ГИАМ-29.

Фазовый состав порошков был изучен методом рентгеновской дифрактометрии.

Результаты и их обсуждение

Исследование каталитической активности в реакции окисления оксида углерода (II) железокалийоксидной системы показало, что 100% степень окисления достигалась при 320-370оС в зависимости от метода синтеза. При термообработке происходит твердофазное взаимодействие железооксидного соединения и адсорбированного на его поверхности соединения калия с образованием многофазовой системы -шпинелеподобного у-оксида железа (III) и феррита калия, например, состава КРе02.

При введении в состав сложной оксидной системы соединений железа и молибдена в зависимости от метода синтеза 100% степень очистки газа от СО наблюдалось при температурах 450-470оС и выше. В данных условиях фиксировалось образование оксидов железа (III) и молибдена (VI). Также нельзя исключить образование твердых растворов этих оксидов, о чем говорит близость ионных радиусов этих металлов.

В случае исследования железоцерийоксидной системы 100% степень окисления оксида углерода (II) фиксировалось при 320оС. Получение данного образца приводилось совместным осаждением гидроксосоединений металлов, при термообработке которых в атмосфере воздуха установлено образование оксидов железа (III) и церия (IV).

Синтезированные сложные системы на основе соединений железа и ванадия (IV) или ванадия (V) показали 80% очистки газа от СО при температурах выше 500оС.

Сравнение полученных данных с литературными данными по активности катализаторов на основе отдельных оксидов и сложных оксидных систем, полученными в аналогичных условиях показывает, что катализаторы на основе Р1 и РЬ обеспечивают 100% окисление при температурах выше 250-300оС, а лучшие оксидные системы - при температурах выше 300-400оС, то есть, соизмеримы с нашими результатами

Литература

1. Попова, Н.М. Катализаторы очистки газовых выбросов промышленных производств / Н.М.Попова. - М.:Химия, 1991. - 176 с.

2. Власенко, В.М. Каталитическая очистка газов/ В.М.Власенко.- Киев: Техника, 1973. - 200 с.

© О. И. Ахмеров - канд. хим. наук, доц. каф. технологии неорганических веществ и материалов КГТУ, [email protected].