CC BY
45
УДК 662.1
СВС КАТАЛИЗАТОРЫ КОНВЕРСИИ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА Камышов Александр Дмитриевич, студент (e-mail: [email protected]) Самборук Анатолий Романович, профессор, д.т.н. (e-mail: [email protected]) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
На основании проведенных исследований был получен материал обладающий каталитической активностью при конверсии монооксида углерода методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
Ключевые слова: катализатор, СВС, конверсия, структура, железо, шихта.
В настоящее время поиски новых катализаторов занимают определенное место в науке. Важнейшим свойством катализаторов является специфичность действия: каждая химическая реакция или группа однородных реакций может ускоряться только вполне определенными катализаторами. Катализаторы, полученные методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) являются полноценной заменой катализаторов на основе благородных металлов. Главным преимуществом катализаторов СВС является дешевизна исходных компонентов смеси и простота оборудования для получения готового продукта [1].
Тугоплавкие, пористые, многокомпонентные соединения на основе железа полученные методом СВС являются активными и стабильными катализаторами в процессах глубокого окисления монооксида углерода.
Известны катализаторы типа Ni-Co, Fe-Co, полученные методом центробежной СВС. Продукт синтеза представлял собой двухслойный продукт, состоящий из оксидной и металлической фаз. Целевая металлическая фаза отделяется от оксидной фазы, после чего подвергается дроблению и фракционированию. Для получения катализатора использовалась фракция прекурсора 0,1-0,3 мм. Исследования микроструктура поверхности образцов показали, что образцы имеют разветленную структуру. Образцы в которые для повышения стабильности катализатора добавляли марганец имеют образовавшуюся на поверхности наноструктуру, состоящую из шестиугольных пластин диаметром порядка 2 мкм и толщиной 100 - 200 нм [2].
На рисунках 1-4 приведена микроструктура поверхности синтезированных образцов.
.
I мм
ш>
Г-
"5S-
Рисунок 1. Микроструктура поверхности образца Ni-Co-Mn 85-10-5
_ Jff I
Ш / . к- л/
Рисунок 2. Микроструктура поверхности образца Fe-Co-Ce 90-5-5
ffiSÖ
KKMj
г. кг У ./ШШ!ujgiö^-
'BKbsnlraQB I
Рисунок 3. Микроструктура поверхности образца 70-30
Рисунок 4. Микроструктура поверхности образца М-^-ЫП 85-10-5
Встречаются также участки, на которых пластины срастаются по граням, образуя протяженные столбчатые структуры. Образцы на основе железа кроме наноструктуры на поверхности имеют также участки, покрытые октаэдрами гематита Fe2O3.
Проверка на каталитическую активность показала , что катализаторы на основе железа эффективнее окисляют монооксид углерода, чем катализаторы на основе никеля [3].
Возможным катализатором на основе железа , полученным методом СВС может являться тугоплавкое, пористое соединение ^С + Fe.
Получают такое соединение сжиганием порошковой шихты состава Ti+C+Fe2Oз. Железо восстанавливается из его оксида, углеродом. При этом углерод взаимодействует как с титаном, так и с оксидом железа по реакциям:
П + C = Ж + Q
Fe2Oз + 3C = 2Fe + 3Ш| - Q Общее уравнение процесса:
x (Ti + C) + у (Fe2Oз + 3C) = x TiC + У ^ + 3CO)t + Q Конечными продуктами реакции являются твердый карбид титана и железо. Выделение угарного газа в ходе реакции позволяет получать большую пористость и препятствует спеканию продукта [4,5]. Структура конечного продукта представляет собой зерна карбида титана, покрытые частицами восстановленного железа. Благодаря такой структуре и высокой пористости, получаемый материал проявляет каталитическую активность при конверсии СО в С02 .
На рисунке 5 приведена микроструктура синтезированного композита.
Рисунок 5. Частицы порошка композита Fe-TiC. при увеличении x30
При этом реакция восстановления железа углеродом является акцепторной и протекает за счет тепла, выделяющего в донорном экзотермическом процессе образования карбида титана. Очевидно, что существует некоторое максимальное содержание (Fe2O3 + 30) в шихте, при котором наступит предел горения. Предел горения наступает при содержании 40 % (Fe2O3+C) в исходной шихте, при этом наблюдаются существенные отклонения. Становится недостаточно энергии для восстановления всего железа из оксида. Частично происходит его восстановление титаном с образованием а избыток углерода образует с железом цементит Fe3C.
Рекомендуемое содержание (Fe2O3+C) в исходной шихте, при котором происходит стабильное протекание горения с образованием целевых продуктов и нужной нам структуры составляет 30% Уже при 35 % (Fe2O3+C) не достигается температура плавления железа ^ад=1652 К) [6].
На рисунках 6-7 приведены внешний вид и микроструктура поверхности продукта синтеза.
Рисунок 6. Продукт реакции Ti+C+Fe2O3 при использовании в качестве источника углерода графита С-3, при содержании (Ре203+С) в исходной шихте 30%
Рисунок 7. Микроструктура поверхности продукта реакции Ti+C+Fe2O3 при использовании в качестве источника углерода графита С-3, при содержании ^е203+С) в исходной шихте 30%
Исследование каталитической активности продукта реакции Ti +C + Fe2O3 при содержании (Fe2O3+C) в исходной шихте 30% проводилось на установке и по методике описанной в статье [7]. Было установлено, что синтезированный продукт проявляет каталитическую активность при конверсии монооксида углерода и может использоваться в качестве катализатора.
Список литературы
1. Левашов Е.А., Рогачев А.С., Курбаткина В.В и др. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза: учеб. пособие. -М.: Изд. Дом МИСиС, 2011. - 377 с.
2. Борщ ВН., Пугачева Е.В., Жук С.Я., Андреев Д.Е., Санин ВН., Юхвид В.И. Многокомпонентные металлические катализаторы глубокого окисления монооксида углерода и углеводородов // Доклады Академии Наук, 2008, т. 419, № 6, с. 775-777.
3. Пугачева Е.В., Борщ В.Н., Жук С.Я., Санин В.Н. Изучение каталитических свойств интерметаллидов Ni-Co-Al, полученных методом СВС/Третья всероссийская школа-семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых, г. Черноголовка, 23-25 ноября 2005г. Тезисы докладов с. 55-56.
4. Амосов А.П., Кузнец Е.А, Самборук А.Р., Яценко В.В. Установка для сжигания газопроницаемых гранулированных термитных шихт // Патент России №108730, 2011. Бюл. 27.
5. Князик В. А., Мержанов А. Г., Штейнберг А. С. О механизме горения системы титан-углерод / / Докл. АН СССР, 1988. №4. С. 899-902.
6. Мержанов А. Г., Рогачев А. С., Мукасьян А. С., Хусид Б.М. Макрокинетика структурных превращений при безгазовом горении смесей порошков титана и углерода / / ФГВ, 1990. № 1. С. 104-114.
7. V. Novikov, G. Xanthopoulou, Yu. Knysh, A.P. Amosov, Solution combustion synthesis of nanoscale Cu-Cr-O spinels: mechanism, properties and catalytic activity in CO oxidation, Ceram. Int. 43 (2017) 11733 -11742.
Kamyshov Alexander Dmitrievich, student Samara State Technical University, Samara, Russia Samboruk Anatoliy Romanovich, professor (e-mail: [email protected]) Samara State Technical University, Samara, Russia SHS CATALYSTS FOR CONVERSION OF CARBON MONOXIDE Abstract. On the basis of the conducted researches the material possessing catalytic activity at conversion of carbon monoxide by a method of self-propagating high-temperature synthesis was received
Keywords: catalyst, SHS, conversion, structure, iron, mixture.
УДК 621.762.
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЕ
ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТВЕРДОСПЛАВНЫЕ
ПЛАСТИНЫ ВК-6 Лавро Виктор Николаевич, доцент (e-mail: [email protected]) Каямутдинов Шамиль Дамирович, студент (e-mail: [email protected]) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
На основании проведенных исследований была разработана технология нанесения ионно-плазменных покрытий на режущий инструмент из твердого сплава.Промышленные испытания инструмента с покрытием показали повышение стойкости в 2.5 - 3 раза.
Ключевые слова: плазма, очистка, покрытие, инструмент, свойства, технология.
В работе проведены исследования свойств плазменных покрытий с использованием растровой микроскопии и определение интегрального параметра качества покрытия по методу анодно-поляризационного инициирования дефектов (АПИД) на приборе ПККП-1[1].На основе оценки полученных данных были определены оптимальные параметры нанесения покрытий на плазменной модернизированной установке «Юнион».
Исследования выполнялись на четырехгранных твердосплавных пластинах (12.7x12.7) мм. из сплава ВК-6.т.к пластинки из твердого сплава имеют HRA 86-92 обладают высокой износостойкостью и красностойкостью (800—1000 °C), что позволяет вести обработку со скоростями резания до 800 м/мин.Применяются для токарных проходных и расточных резцов с механическим креплением, а также для торцевых фрез.
Данная пластина представлена на рисунке 1, размеры пластины соответствуют ГОСТу 19052-80.
