Исследование каталитической активности Mn-содержащих катализаторов в реакции окисления оксида углерода (II)

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 661. 871. 2:66. 097. 3
Е. О. Кузина, М. А. Карпова, А. Р. Кобелева, К. Г. Кузьминых, В.З. Пойлов
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ Мп-СОДЕРЖАЩИХ КАТАЛИЗАТОРОВ В РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ ОКСИДА УГЛЕРОДА (II)
Исследовано влияние способов получения диоксида марганца, входящего в состав катализатора, на активность окисления оксида углерода. С помощью рентгенофазового анализа исследована структура полученных диоксидов марганца.
Большое значение в технологии катализаторов имеет метод получения и компонентный состав активной массы. В настоящее время катализатором окисления монооксида углерода является гопкалит, основными компонентами которого выступают оксид марганца (IV), полученный электрохимическим осаждением [1], оксид меди (II) и бентонитовая глина в качестве связующего [2]. Известно [3], что для окисления СО катализатор должен включать в себя основной компонент диоксид марганца в виде у-модификации.
Нами исследовано влияние трех составов катализаторов и способов получения диоксида марганца на активность окисления монооксида углерода. Были синтезированы контактные массы, сходные с составом гопкалита, отличающиеся способом получения МпО2 (способы I, II, III). Формование гранул катализатора проводили методом, аналогичным с технологией формования гранул гопкалита [4].
I. В качестве активного компонента катализатора использовали отход металлургического предприятия, включающего в себя основное вещество МпО2 и примеси, содержащие V2O5 и другие соединения.
II. Диоксид марганца получали сернокислотным способом, осно-
2+
ванным на взаимодействии перманганата калия с солями Мп в водном растворе.
III. Диоксид марганца синтезировали с использованием кристал-
2+ 7+
лических фаз соединений Мп2+ и Мп7+ в присутствии серной кислоты.
Структуру образцов диоксида марганца, полученных по указанным способам, исследовали на рентгеновском дифрактометре ХЯБ-7000 фирмы 8Ышаё7и. Диапазон сканирования 2ТИе1а составлял 10−100 град, ускоряющее напряжение 40 кВ, сила тока 30 мА.
Результаты рентгенофазового анализа диоксида марганца, полученного по способу I (рис. 1), показали, что входящий в состав катали-заторной массы диоксид марганца является рентгеноаморфным [5].
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
2ТЬіеІа (сіед)
Рис. 1. Рентгенограмма диоксида марганца, синтезированного
по способу I
На рис. 2 представлена рентгенограмма диоксида марганца, синтезированного по способу II.
160
140
120
100
с
3 о 80
о
60
40
20
0
^ І І I
¦ МпОг, РїатБСІеШІе, Б.в. Рпта, а МпОг, Э.С. 14/т ¦ МпОг, АкМепзМе, Э.С. РбЗ/ттс — -

¦ ¦

I А
А I'- ¦
V


10
20
30
40
50 60
2ТИеІа (сіед)
70
80
90 100
Рис. 2. Рентгенограмма диоксида марганца, синтезированного
по способу II
Рефлекс на рентгенограмме (см. рис. 2) в диапазоне сканирования от 20 до 25 град свидетельствует о наличии в катализаторной массе диоксида марганца у-модификации.
Катализаторные массы, синтезированные по способу III, не содержат в своем составе диоксид марганца у-модификации в связи с отсутствием на рентгенограмме рефлекса в диапазоне сканирования от 20 до 25 град (рис. 3).
160
140
120
С 100 с з
о
О
80
60
40
20
0
1
А- к мпи2, ь. и. 14/т —
^
— А
А к

¦ И А-11 —

10 20 30 40
50 60
2ТИеіа (сіед)
70
80 90
100
Рис. 3. Рентгенограмма диоксида марганца, синтезированного
по способу III
Для оценки эффективности полученных составов катализаторов изучали их активность по отношению к реакции окисления оксида углерода (II). Установка исследования активности катализаторов включала в себя генератор монооксида углерода 1, реактор с катализатором 6, газоанализатор 7 (рис. 4).
Газовоздушная смесь, получаемая в смесителе 4 с концентрацией СО 0,186 мг/дм, поступала в термостатируемый реактор 6 с объемом катализатора 2,65 см. Концентрация С О на входе и на выходе из реактора фиксировалась газоанализатором 7 марки «ГАНК-4».
Каталитическую активность катализаторов определяли по времени эффективного действия MnO2 на окисление монооксида углерода, для чего фиксировали время начала проскока неокисленного CO за слоем катализатора.
На рис. 5 представлена зависимость текущей концентрации оксида углерода (II) после слоя катализатора, для сравнения методов получения катализаторов также приведена зависимость работы катализатора гопкалита (кривая IV).
Рис. 4. Установка для исследования активности катализатора:
1 — генератор монооксида углерода- 2 — расходомеры СО и воздуха- 3 — краны- 4 — смеситель- 5 — компрессор- 6 — каталитический термостатируемыш реактор- 7 — газоанализатор
Рис. 5. Длительность работы катализаторов, полученных из диоксида марганца по способам (I, II, III)
Результаты исследований показали, что наибольшим временем защитного действия по СО обладает катализатор, образованный сернокислотным способом (II), основанным на взаимодействии перманганата
2+
калия с солями Мп в водном растворе. Длительность его работы не-
значительно меньше работы гопкалита. Структура активного компонента MnO2 в такой катализаторной массе отвечает у-модификации.
Контактная масса, синтезированная по способу III, не содержит в своем составе активной формы диоксида марганца и является менее эффективной, поскольку время срабатывания катализатора окисления монооксида углерода меньше, чем у катализатора, полученного сернокислотным способом (II).
Наименьшей продолжительностью защитного действия обладает катализатор, в котором основным компонентом является отход металлургического предприятия, что, вероятно, связано с наличием примесей в катализаторе, уменьшающих количество активных центров или перекрывающих их на поверхности катализатора.
Список литературы
1. Пат. 2 064 977 РФ, МПК C25B1/00. Способ получения электролитического диоксида марганца / Мухин В. М., Киреев С. Г., Васильев Н. П. [и др.]. — Опубл. 10. 08. 1996.
2. Пат. 2 105 606 РФ, МПК B01J23/84, B01J21/16. Катализатор окисления оксида углерода / Аникин С. К., Быков Г. П., Васильев Н. П. [и др.]. -Опубл. 27. 02. 1998.
3. Пат. 2 032 620 РФ, МПК C01G45/02. Способ получения диоксида марганца у-модификации / Марков С. С., Красильников А. А., Цветков В. С. [и др.]. — Опубл. 10. 04. 1995.
4. Пат. 2 103 066 РФ, МПК B01J37/04, B01J23/889, B01J23/889, B01J101: 64. Способ получения катализатора окисления оксида углерода / Аникин С. К., Быков Г. П., Васильев Н. П. [и др.]. — Опубл. 27. 01. 1998.
5. Исследование характеристик гопкалитов различных производителей / Е. О. Кузина, К. Г. Кузьминых, В. З. Пойлов [и др.] // Вестник ПГТУ. Химическая технология и биотехнология. — Пермь, 2011. -№ 12. — С. 61−66.
Получено 20. 06. 2012

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой