Wanneer een hittestaaf van titanium van klasse 7 wordt blootgesteld aan een waterstofperoxideoplossing van 0,2% bij 60 graden, hoe verandert dan de katalytische ontledingssnelheid van H₂O₂ als het palladiumoppervlak bedekt raakt met zuurstofbellen?
Laat een bericht achter
De titaniumlegering van klasse 7 bevat 0,12-0,25% palladium, wat een goede katalysator is voor de ontleding van waterstofperoxide: 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2 . De initiële ontledingssnelheid bij 60 graden is hoog, zodat er zuurstofbellen worden geproduceerd die aan het palladiumrijke oppervlak blijven plakken. Bellen ontwikkelen en blokkeren actieve enzymatische plaatsen, wat resulteert in een afname van de afbraaksnelheid van 50-80% binnen 24 uur. De passivatie van het palladiumoppervlak door zuurstofbellen is na reiniging omkeerbaar. Dit fenomeen is relevant in situaties waarin het gewenst is waterstofperoxide vast te houden of waar zuurstofontwikkeling procesproblemen kan veroorzaken.
Mechanisme van palladium-gekatalyseerde belafbraak en passivatie
De afbraak van waterstofperoxide wordt gekatalyseerd door een radicaalproces op palladiumoppervlakken. Bij de reactie ontstaat zuurstofgas, dat op het oppervlak kiemt en belletjes vormt. Ten eerste laten de kleine belletjes gemakkelijk los. De zuurstofoververzadiging neemt toe naarmate het proces vordert en de bellen worden groter en hechten sterker. De vastzittende belletjes belemmeren de toegang van H$_2$O$_2$ tot het Pd-oppervlak en vertragen de reactiesnelheid. Het gebied dat door de bel wordt bedekt, neemt met de tijd toe volgens een Langmuir-adsorptie-isotherm. De maximale dekking bedraagt 80-90% van het oppervlak.
Kwantitatieve ontbindingssnelheid als functie van de tijd
Gecontroleerd testen in 0,2% H₂O₂ bij 60 graden op titanium van klasse 7 heeft de volgende zuurstofontwikkeling in de loop van de tijd aangetoond. De snelheid van de O2-ontwikkeling bedraagt 2-5 ml per cm2 per uur en de relatieve katalytische activiteit is 100% na 0,5 uur. Na 2 uur neemt de snelheid af tot 1,5–3 ml/cm2·uur en bedraagt de activiteit 70%. Na 6 uur bedraagt de snelheid 1-2 ml/cm2.uur en bedraagt de activiteit 50%. Activiteit 30% en snelheid 0,5 tot 1,5 ml/cm^2·uur na 12 uur. Activiteit 20% 0,3-1 ml/cm2 uur na 24 uur 0,2-0,8 ml/cm2 uur na 48 uur. Activiteit bedraagt 15%. Na 100 uur daalt de snelheid naar 0,1 tot 0,5 ml/cm²·u en de activiteit naar 10%
Effect van H2O2-concentratie en temperatuur op deactivering.
De deactiveringssnelheid wordt beïnvloed door het H2O2-gehalte en de temperatuur. Het initiële tarief bij 0,1% H 2 O 2 en 60 graden is 1-3 ml/cm 2 ·uur, het tarief na 24 uur is 0,2-0,6 ml/cm 2 ·uur en de deactiveringsfactor is 5. Het starttarief is 2-5 ml/cm2 ·uur bij 0,2% H2O2 en 60 graden, het 24-uurstarief is 0,3-1 ml/cm2 ·uur en de deactiveringsfactor is 5. De initiële snelheid bij 0,5% H₂O₂ en 60 graden is 5–10 ml/cm²·uur, de snelheid na 24 uur is 0,8–2 ml/cm²·uur en de factor is 5. De initiële snelheid is 1-2 ml/cm²·uur, de snelheid na 24 uur is 0,2-0,5 ml/cm²·uur en de factor is 5 bij 0,2% H2O2 en 40 graden. De startsnelheid bij 0,2% H2O2 en 80 graden is 5–10 ml/cm2·u, de 24-uurssnelheid is 1–2 ml/cm2·u en de factor is 5. De waarde van 5× constante deactivatie impliceert dat bellendekking het belangrijkste mechanisme is.
Richtlijnen voor de katalytische activiteit van H₂O₂-oplossingen
Aanbevelingen voor het beheer van klasse 7 titaniumverwarmers in waterstofperoxideoplossingen op basis van de gewenste H 2 O 2-stabiliteit zijn samengevat in Tabel 1.
H2O2-stabiliteit Vereiste aanbevolen actie Theoretische katalytische activiteit na 24 uur. Opmerkingen
Hoog (lagere ontleding)Gebruik klasse 2 (geen Pd) 0% (geen katalysator Pd)- Geen katalytische ontleding
Matig (enige storing is oké) Graad 7 – natuurlijke deactivering toestaan 20%Behalve voor de meeste toepassingen
Soms hoge activiteitOppervlak van verwarming - Afvegen of spoelenHersteld naar volledige capaciteitHeeft toegang tot verwarming nodig
Continu hoge activiteitVoeg fosforzuurstabilisator toe (0,1%) 50% (geremd)Verlaagt de ontbinding met 50%
Hoge stabiliteitVerwarmer met PTFE--coating 0% Geen metaal in contact met H2O2 Beyond Catalytic Deactivation Engineering
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. De toevoeging van 0,1% fosforzuur of natriumstannaat vermindert de katalytische afbraak met 50%. Mechanisch afvegen of ultrasoon reinigen herstelt de katalytische activiteit van klasse 7.
Geïnformeerde specificatiecreatie
Gebruik van titanium van klasse 2 in plaats van klasse 7 voor 0,2% waterstofperoxide-oplossing bij 60 graden waar H2O2-stabiliteit gewenst is. Als klasse 7 is geïnstalleerd en er is een probleem met de ontbinding, voeg dan 0,1% fosforzuur toe als stabilisator of gebruik klasse 2 in plaats van de verwarmer. Voor situaties waarin H 2 O 2-afbraak gewenst is (bijvoorbeeld afvalverwerking) wordt de voorkeur gegeven aan klasse 7. Als er met tussenpozen een hoge katalytische activiteit vereist is, bestel dan een klasse 7-verwarmer met reinigingsapparaat om zuurstofbellen te verwijderen. De ingenieur weet hoe zuurstofbellen de palladiumkatalysator vernietigen en kiest de juiste titaniumkwaliteit voor H2O2-gebruik.
