Kai 7 laipsnio titano kaitinimo strypas veikiamas 0,2 % vandenilio peroksido tirpalu 60 laipsnių temperatūroje, kaip pasikeičia H₂O2 katalizinio skilimo greitis, kai paladžio paviršius pasidengia deguonies burbuliukais?

7 klasės titano lydinyje yra 0,12-0,25% paladžio, kuris yra geras vandenilio peroksido skaidymo katalizatorius: 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2 . Pradinis skilimo greitis 60 laipsnių temperatūroje yra didelis, todėl prie paviršiaus susidaro deguonies burbuliukai. Burbuliukai vystosi ir užstoja aktyvias fermentines vietas, todėl skilimo greitis per 24 valandas sumažėja 50–80 %. Paladžio paviršiaus pasyvavimas deguonies burbuliukais yra grįžtamas po valymo. Šis reiškinys aktualus tais atvejais, kai norima sulaikyti vandenilio peroksidą arba kai deguonies išsiskyrimas gali sukelti proceso problemų.

Paladžio{0}}katalizuoto burbuliuko skilimo ir pasyvinimo mechanizmas

Vandenilio peroksido skilimą katalizuoja radikalus procesas ant paladžio paviršių. Reakcijos metu susidaro deguonies dujos, kurios paviršiuje susidaro branduoliai ir susidaro burbuliukai. Pirma, maži burbuliukai lengvai nusiima. Deguonies persotinimas didėja procesui progresuojant, o burbuliukai tampa didesni ir stipriau prilimpa. Prilipę burbuliukai trukdo H$_2$O$_2$ patekti į Pd paviršių ir sulėtina reakcijos greitį. Burbulo padengtas plotas laikui bėgant didėja pagal Langmuir adsorbcijos izotermą. Maksimalus padengimas yra 80-90% paviršiaus.

Kiekybinis skilimo greitis kaip laiko funkcija

Kontroliuojamas bandymas 0,2 % H₂O₂ esant 60 laipsnių 7 laipsnio titanui parodė tokius deguonies išsiskyrimo laike greičius. O2 išsiskyrimo greitis yra 2–5 ml/cm2 per valandą, o santykinis katalizinis aktyvumas yra 100 % po 0,5 valandos. Po 2 valandų greitis sumažėja iki 1,5–3 mL/cm2·h, o aktyvumas siekia 70%. Po 6 h greitis 1-2 mL/cm2.h, aktyvumas 50%. Aktyvumas 30% ir greitis nuo 0,5 iki 1,5 ml/cm^2·h 12 val. Aktyvumas 20% 0,3-1 mL/cm2h 24h 0,2-0,8mL/cm2h 48val. Aktyvumas yra 15%. Po 100 valandų greitis sumažėja nuo 0,1 iki 0,5 ml/cm²·h, o aktyvumas - iki 10 %

H2O2 koncentracijos ir temperatūros poveikis išjungimui.

Dezaktyvavimo greitį įtakoja H2O2 kiekis ir temperatūra. Pradinis greitis esant 0,1% H 2 O 2 ir 60 laipsnių yra 1-3 mL/cm 2 ·h, greitis po 24 valandų yra 0,2-0,6 mL/cm 2 ·h, o dezaktyvavimo koeficientas yra 5. Pradinis greitis yra 2-5 mL/cm2·h esant 0,2% H2O2, o greitis 604 laipsnis -3 val. mL/cm2·h, o dezaktyvavimo koeficientas yra 5. Pradinis greitis esant 0,5 % H₂O₂ ir 60 laipsnių yra 5–10 mL/cm²·h, greitis po 24 val. – 0,8–2 mL/cm²·h, koeficientas – 5. Pradinis greitis yra 1–2 mL/cm2 h norma.-0 ir koeficientas yra 5 esant 0,2% H2O2 ir 40 laipsnių. Pradinis greitis esant 0,2% H2O2 ir 80 laipsnių yra 5–10 ml/cm2·h, 24 valandų greitis yra 1–2 ml/cm2·h, o koeficientas yra 5. 5 × pastovaus deaktyvavimo reikšmė reiškia, kad burbuliukų padengimas yra pagrindinis mechanizmas.

H₂O2 tirpalų katalizinio aktyvumo gairės

Rekomendacijos dėl 7 laipsnio titano šildytuvų valdymo vandenilio peroksido tirpaluose, remiantis norimu H 2 O 2 stabilumu, apibendrintos 1 lentelėje.

Reikalingas H2O2 stabilumas Rekomenduojamas veiksmas Teorinis katalizinis aktyvumas po 24 val. Pastabos
Didelis (mažesnis skilimas) Naudokite 2 laipsnį (be Pd) 0% (be katalizatoriaus Pd)- Nėra katalizinio skilimo
Vidutinis (tinka tam tikras gedimas) 7 klasė – leisti natūraliai išjungti 20 %, išskyrus daugumą naudojimo atvejų
Kartais didelis aktyvumas Šildytuvo paviršius - Nuvalykite arba nuplaukite Atkuria iki galo. Reikia prieigos prie šildytuvo
Didelis aktyvumas nuolat Pridėkite fosforo rūgšties stabilizatoriaus (0,1%) 50% (stabdomas) Sumažina skilimą 50%
Didelio stabilumo PTFE{0}}dengtas šildytuvas 0 % Nėra metalo, susiliečiančio su H2O2, be katalizinio deaktyvavimo inžinerijos

Choosing the right grade of titanium is important. Grade 2 contains no palladium and is not a catalyst for H 2 O 2 breakdown . It is the recommended choice when H 2 O 2 stability is desired. H2O2 applications should not use Grade 7 unless catalytic activity is desired (e.g. for H2O2 destruction). The total breakdown rate is influenced by the surface area of the heater, with larger heaters generating more oxygen bubbles. Decomposition is pH-dependent; stability of H2O2 is enhanced at acidic pH 3–5 and accelerated at alkaline pH >8. Pridėjus 0,1 % fosforo rūgšties arba natrio stanato, katalizinis skilimas sumažėja 50 %. Mechaninis valymas arba ultragarsinis valymas atkurs 7 laipsnio katalizinį aktyvumą.

Informuotos specifikacijos kūrimas

2 laipsnio titano naudojimas vietoj 7 laipsnio 0,2 % vandenilio peroksido tirpalui 60 laipsnių temperatūroje, kai norimas H2O2 stabilumas. Jei sumontuotas 7 laipsnio ir kyla problemų dėl skilimo, įpilkite 0,1% fosforo rūgšties kaip stabilizatoriaus arba naudokite 2 laipsnio šildytuvą. Pirmenybė teikiama 7 klasei tais atvejais, kai norima H 2 O 2 skaidymo (pvz., atliekų apdorojimas). Jei tam tikrais intervalais reikalingas didelis katalizinis aktyvumas, užsisakykite 7 laipsnio šildytuvą su valymo įtaisu, kad pašalintumėte deguonies burbuliukus. Inžinierius žino, kaip deguonies burbuliukai sunaikina paladžio katalizatorių, ir parenka tinkamą titano rūšį H2O2 aptarnavimui.