CC BY
16
УДК 542.92.73
Винникова С.А., Бакурова И.А., Смирнов К.Н., Говоруха Е.Р., Нефедова Н.В.
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ДЕСТРУКТОРОВ ОЗОНА НА ИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Винникова Светлана Андреевна, магистр 2 курса факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, e-mail: svetlana_vinnikova@mail.ru;
Бакурова Ирина Александровна, студентка 4 курса факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов;
Смирнов Кирилл Николаевич, к.т.н., доцент факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов.
Говоруха Евгения Романовна, магистр 2 курса факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов;
Нефедова Наталья Владимировна, к.т.н., доцент факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
В настоящее время каталитическое разложение озона следует признать одной из наиболее эффективных и широко применяемых технологий в процессе финишной очистки отходящих газов. Деструкция озона является актуальной проблемой современности. В исследовании использовались катализаторы нанесенного типа. Активная фаза - серебро, нанесенное на носитель из нержавеющей стали. Для оценки эффективности конверсии была исследована активность катализаторов термодеструкции озона в зависимости от условий их синтеза.
Ключевые слова: нанесенные катализаторы; деструкция озона; серебряные катализаторы; очистка отходящих газов.
THE INFLUENCE OF THE CONDITIONS OF THE ELECTROCHEMICAL SYNTHESIS OF OZONE DESTRUCTORS ON THEIR EFFECTIVENESS
Vinnikova S.A., Bakurova I.A., Smirnov K.N., Govoruha E.R., Nefedova N.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Exhaust-contained ozone destruction remains an actual problem of the modernity. For now, ozone catalytic destruction proved to be one of most effective and widely applied technologies. Supported catalysts were used within the investigation. Silver is an active phase of the catalyst, and stainless steel acts as a carrier and support media. The ozone amount, decomposed over the catalyst being tested, allowed to assess conversion efficiency, catalyst activity dependancy on the synthesis conditions has been investigated as well.
Keywords: supported catalyst; ozone destruction; silver-containing catalysts; exhaust gases cleaning.
В настоящее время актуальной проблемой является высокое содержание озона в воздухе. Озон входит в первую группу высокотоксичных веществ, таких, как плутоний, ртуть, зоман и др. Предельно допустимая концентрация озона в воздухе, установленная в Роспотребнадзоре и Институте гигиены труда и профзаболеваний, составляет 30 мкг/м3. Отравление организма происходит при концентрации 60-80 мкг/м3 и больше. Причина повышенного содержания озона в воздухе -антропогенное загрязнение атмосферы, что подтверждается постоянным содержанием озона над морем, около 17 мкг/м3.
Озон широко используется как экологически чистый окислитель в системах воздухоочистки, в результате возникает проблема разложения остаточного озона. ПДК выброса составляет 3.3 мкг/м3 [2]. В очистных сооружения типа ГРОК в настоящее время для разложения озона применяется катализатор нанесенного типа КНК, который состоит из платины, концентрацией 0,015 %масс, нанесенной на гопталюм марки ГТТ [3]. Целью
является подбор сопоставимых по эффективности, но более дешевых катализаторов деструкции озона. В качестве носителей использовались ячеисто-каркасные металлические структуры, разработанные на кафедре физической химии РХТУ им. Д. И. Менделеева (патенты РФ №2184794, №2213645). Носитель такого типа представляет собой структуру, образованную дискретными проволочными элементами в виде спиралевидных тел вращения, их многократное соединение в контактных зонах приводит к получению материала с плотностью от 0,4 до 1,5 г/см3 и с полностью доступной внутренней поверхностью, геометрическая площадь которой варьируется от 10 до 200 см2/см3. Диаметр элемента в 10-100 раз превышает диаметр проволоки. Шаг спирали при этом варьируется от 1,5 до 10 диаметров проволоки, а количество витков от 2-3 до 20 (рис.1, 2). Материал носителя - сталь марки Х17Н10Т или 12Х18Н10Т. Поверхность носителя гладкая, для придания ей дефектности применялось электрохимическое травление по двум методам, с
предварительным обезжириванием в щелочном растворе Na3PO4 +Na2CO3 в течение 10 минут.
Рис.1. Поверхность ячеисто-каркасной металлической структуры.
Рис.2. Поверхность металлического носителя при увеличении 100 мкм.
Электрохимическое травление метод №1: электролит - соляная кислота HCl концентрацией 0,05 Н. Продолжительность катодного и анодного периодов 1:2, выгрузка носителя происходила в анодный период. Время травления t = 20 минут, сила тока 1=0,9 А, напряжение U=30 V. Отношение Am/m = 12,3% (рис. 3).
Электрохимическое травление метод №2: электролит - «страйк» никель, содержащий определенное количество не проводных частиц, для образования пористости на носителе, 150 г/л NiCl + 150 мл/л HCl. Носитель помещался в электролит без подачи тока на несколько минут для удаления оксидной пленки. После чего подается ток 10 А/дм3 в течение 3-4 минут. В результате наносится тонкий слой никеля до 0,5 мкр.
Нанесение активной фазы серебра так же осуществлялось по двум методам. Первый метод: электролит - 1%-ный раствор AgNO3. К катоду подсоединена металлическая проволока, на которую насажены дискретные проволочные структуры (рис.3), к аноду серебряный стержень. Время нанесения составило 6 минут, сила тока 1=0,056 А, напряжение U=4,2 V (рис.4).
Рис.4. Поверхность катализатора синтезированного по первому методам.
Второй метод серебрения: электролит - 60-70 г/л КЛв(СК}2 + 100 г/л КСБК + 10 г/л КОН. Осаждение проходило при температуре 20°С с плотностью катодного тока 2 А/дм3 в течение 12 минут. Толщина покрытия составляет примерно 6-9 мкр (рис. 5).
Рис.3. Поверхность металлического носителя после травления.
Рис.5. Поверхность катализатора синтезированного по второму методу.
Синтезированные образцы исследовались на активность в процессе термического разложения озона в соответствии с реальными условиями эксплуатации. Температурный интервал процесса составил 25 - 75°С. В и-образный реактор загружался катализатор объемом У=1 см3, после через него пропускали озон в течении 10 минут на каждую температурную точку, для каждого образца. Скорость подачи озона составляла 3,6 м3/ч. Объем остаточного озона определялся методом обратной йодометрии, путем титрования раствора продукта реакции озона с иодидом калия 0,05 н. раствором Ка2Б203 в присутствии индикатора крахмала от черно-фиолетовой окраски до белой.
Масса остаточного озона рассчитывалась по формуле (в пересчете на час):
- "171
где V - объем тиосульфата натрия;
Ут - молярный объем;
М(03) - молярная масса озона.
Результаты исследований представлены в виде зависимостей степени превращения от температуры
Таким образом, в результате работы для развития поверхности металлического носителя анализ литературных данных показал необходимость предварительной подготовки поверхности: обезжиривание и травление. Обезжиривание проводилось в щелочном растворе Na3PO4 + Na2CO3 в течение 10 минут. Предложен рациональный метод электрохимического травления с плотностью тока 10 А/дм3 в растворе, содержащим 150 г/л NiCl + 150 мл/л HCl; время процесса 3-4 минуты.
Исследование условий нанесения активного компонента - серебра показало эффективность метода серебрения с использованием электролита -60-70 г/л KAg(CN)2 + 100 г/л KCSN + 10 г/л KOH. Температура процесса - 20°С с плотностью катодного тока 2 А/дм3 в течение 12 минут. Данный метод позволяет получить равномерное покрытие поверхности металлической инертной подложки активным компонентом.
Активность катализатора оптимального состава в изученном диапазоне температур от 20 до 75 оС увеличивается от 37 до 79%.
Исследования поверхности выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования им. Д.И. Менделеева.
Список литературы
1. Веденеева Н. Под озоном не ходить // Московский комсомолец. - 2016. - №27031. - С. 3.
2. Егорова Г.В., Попович М.П., Филиппов Ю.В. // Вести. Моск.ун-та. Сер. Химия. Изд-во МГУ. -1971. - Т.12. №3. - С. 351.
3. Пицхелаури Е.Н., Емельянов Ю.М., Маевская Е.С. и др. Катализатор разложения озона. // А.С. СССР. № 286987. 1969.
(рис. 6).
-♦-Катализатор №1 -И-Катализатор №2
Рис. 6. Кривые зависимости активности катализаторов от температуры.
