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
Titanium van klasse 7 bevat 0,12-0,25% palladium, een effectieve katalysator voor de ontleding van waterstofperoxide: 2H2O2 → 2H2O + O2. Bij 60 graden is de initiële ontledingssnelheid snel, waarbij zuurstofbellen worden gevormd die zich hechten aan het palladiumrijke oppervlak. Bellen hopen zich op en verstoppen actieve katalytische locaties, waardoor de afbraaksnelheid binnen 24 uur met 50-80% wordt verminderd. De zuurstofbellen passiveren het oppervlak van het palladium en deze passivering is omkeerbaar door wassen. Dit is van belang in situaties waarin waterstofperoxide moet worden behouden, of wanneer zuurstofontwikkeling problemen in het proces kan veroorzaken.
Palladium-Gekatalyseerd ontbindings- en bellenpassiveringsmechanisme
De afbraak van waterstofperoxide op palladiumoppervlakken vindt plaats via een radicaalproces. Bij de reactie ontstaat zuurstofgas, dat als belletjes op het oppervlak ontstaat. Aanvankelijk scheiden kleine belletjes zich gemakkelijk af. Naarmate de reactie vordert, neemt de oververzadiging van zuurstof toe en worden de bellen groter en plakkeriger. De klevende belletjes voorkomen fysiek dat H2O2 het palladiumoppervlak bereikt, waardoor de reactiesnelheid afneemt. Het belbedekkingsgebied stijgt met de tijd volgens een Langmuir-adsorptie-isotherm. Een dekking tot 80-90% van het oppervlak is mogelijk.
Tijdsafhankelijkheid van de kwantitatieve ontbindingssnelheid
Gecontroleerd testen bij 60 graden in 0,2% H₂O₂ op titanium van klasse 7 heeft de volgende zuurstofontwikkeling in de loop van de tijd aangetoond. De O2-ontwikkelingssnelheid na 0,5 uur is 2-5 ml cm-2 uur-1 en de relatieve katalytische activiteit is 100%. De snelheid bedraagt 1,5–3 ml/cm2 uur na 2 uur en de activiteit is 70%. De snelheid was 1–2 ml/cm^2 uur na 6 uur en de activiteit was 50%. Snelheid 0,5–1,5 ml/cm2.uur, activiteit 30% na 12 uur. Na 24 uur bedraagt de snelheid 0,3–1 ml/cm²·u en de activiteit 20%. Na 48 uur bedraagt de snelheid 0,2–0,8 ml/cm²·u en bedraagt de activiteit 15%. Na 100 uur stabiliseert de snelheid naar 0,1–0,5 ml/cm²·u en de activiteit naar 10%.
Effect van H 2 O 2-concentratie en temperatuur op deactivering
De deactiveringssnelheid is afhankelijk van de temperatuur en de H2O2-concentratie. Het initiële tarief is 1–3 ml/cm²·u bij 0,1% H₂O₂ en 60 graden, het tarief na 24 uur is 0,2–0,6 ml/cm²·u en de deactiveringsfactor is 5. Bij 0,2% H₂O₂ en 60 graden is het initiële tarief 2–5 ml/cm²·u, het 24-uurstarief is 0,3–1 ml/cm²·uur en de deactiveringsfactor is 5. Initiële snelheid 0,5% H202, 60°C. C. 5-10 ml/cm.sup.2 .multidot. uur; snelheid in 24 uur 0,8-2 ml/cm.sup.2 .multidot. uur; factor 5. De startsnelheid is 1–2 ml/cm2 .uur; het 24-uurstarief is 0,2–0,5 ml/cm2 .u en de factor is 5 bij 0,2% H2O2 en 40 graden. De initiële snelheid is 5–10 ml/cm2·u bij 0,2% H2O2 en 80 graden, de 24-uurs snelheid is 1–2 ml/cm2·u, de factor is 5. De constante deactiveringsfactor van 5× impliceert dat het bedekken van bellen het belangrijkste mechanisme is.
Gids voor het beheersen van de katalytische activiteit in H₂O₂-oplossingen
De onderstaande tabel geeft suggesties voor het beheer van klasse 7 titaniumverwarmers in oplossingen van waterstofperoxide op basis van het vereiste niveau van H2O2-stabiliteit.
Doel H 2 O 2 Stabiliteit Aanbevolen actie Verwachte katalytische activiteit na 24 uur Opmerkingen
Hoog (minimaliseert ontleding...Klasse 2 (geen palladium) 0% (geen Pd-katalysator)Geen katalytische degradatie
Matig (enige ontleding oké) Graad 7 – natuurlijke deactivering geaccepteerd 20% Toepassingen, behalve de meeste
Periodiek hoge activiteit Veeg of spoel het oppervlak van de verwarming af Keert terug naar 100% Toegang tot de verwarming vereist
Hoge activiteit, aanhoudendVoeg fosforzuurstabilisator toe (0,1%) 50% (geremd) Verlaagt de afbraak met 50%
Extreem stabiele met PTFE bedekte verwarmer 0% Geen metaalcontact met H2O2 Engineering Beyond Catalytic Deactivation
It is a vital selection of titanium grade. Grade 2 does not accelerate breakdown of H_2O_2 and does not include palladium, and is the preferred grade when H_2O_2 stability is required. Grade 7 should not be used in H2O2 unless catalytic activity is necessary (e.g. for H2O2 destruction). The overall rate of decomposition depends on the surface area of the heater. The bigger the heater, the more oxygen bubbles it produces. Decomposition is affected by the pH of the solution; at acidic pH (3–5) H₂O₂ is stabilized, while at alkaline pH (>8) de ontbinding neemt toe. Het toevoegen van 0,1% fosforzuur of natriumstannaat verlaagt de katalytische afbraak met 50%. Graad 7 kan worden gereactiveerd door mechanisch afvegen of door ultrasoon reinigen.
Intelligente specificatie
En als u een 0,2% oplossing van waterstofperoxide bij 60 graden wilt en u wilt dat de H2O2 stabiel is, specificeer dan klasse 2 in plaats van klasse 7 titanium. Als klasse 7 al aanwezig is en de ontleding een probleem is, voeg dan 0,1% fosforzuur toe als stabilisator of vervang de graad 2-verwarmer. Indien de afbraak van H₂O₂ vereist is, bijvoorbeeld bij afvalverwerking, wordt gekozen voor klasse 7. Om periodiek een hoge katalytische activiteit te verkrijgen, gebruikt u een klasse 7-verwarmer met een reinigingsmechanisme om zuurstofbellen te verwijderen. De ingenieur die begrijpt hoe zuurstofbellen de palladiumkatalysator deactiveren, selecteert de juiste titaniumkwaliteit voor H₂O₂-service.
