Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Каталитическое дожигание оксида углерода (II) озоном Назаров Валерий Александрович

Каталитическое дожигание оксида углерода (II) озоном
<
Каталитическое дожигание оксида углерода (II) озоном Каталитическое дожигание оксида углерода (II) озоном Каталитическое дожигание оксида углерода (II) озоном Каталитическое дожигание оксида углерода (II) озоном Каталитическое дожигание оксида углерода (II) озоном
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Назаров Валерий Александрович. Каталитическое дожигание оксида углерода (II) озоном : Дис. ... канд. техн. наук : 05.17.01 : Казань, 2004 120 c. РГБ ОД, 61:05-5/1212

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Способы связывания оксида углерода (ii) в газовых смесях (Литературный обзор) 8

1.1. Свойства, реакционная способность и методы химического использования оксида углерода (И) техногенного происхождения

1.2. Токсические свойства оксида углерода (II) 11

1.3. Источники загрязнения угарным газом 13

1.4. Способы нейтрализации оксида углерода (II) в воздухе 17

1.5. Реагентные способы связывания оксида углерода (II) 22

1.5.1. Реакции оксида углерода (И) с водяным паром 22

1.5.2. Реакции оксида углерода (II) с водородом 24

1.5.3. Реакции оксида углерода (И) с кислородом 27

1.6. Каталитические методы связывания оксида углерода (II) 28

1.6.1. Гопкалитовый метод 34

1.6.2. Каталитические системы на основе оксидов d -элементов... 35

1.6.3. Каталитические системы на основе платиновых металлов... 39

1.6.4. Каталитические системы для окисления СО озоном 41

1.7. Выводы по литературному 43

ГЛАВА 2. Постановка задачи исследования. методы исследования 46

2.1. Постановка задачи исследования 46

2.2. Получение газовых смесей и их химический анализ 48

2.3. Методы исследования 54

ГЛАВА 3. Объмное окисление со кислородом и озоном 56

3.1. Окисление за счёт подачи в выхлопные газы воздуха 56

3.2. Объёмное окисление СО озоном 60

ГЛАВА 4. Каталитическое окисление со озоном 64

4.1. Медьоксидные катализаторы 64

4.2. Синтез медьоксидных и композитных катализаторов 66

4.3. Выбор оптимальных температурных режимов работы катализаторов 73

4.4. Каталитическая активность медьоксидных и композитных катализаторов 75

ГЛАВА 5. Факторы, определяющие эффективность каталитических систем для окисления со озоном .. 85

5.1. Характер взаимодействия компонентов реакционной смеси с катализаторами 85

5.2. Структурные характеристики катализаторов по данным электронной микроскопии

ГЛАВА 6. Технологические аспекты процесса окисления оксида углерода (и) озоном 99

6.1. Технология получения модифицированного медьоксидного катализатора 99

6.2. Принципиальная технологическая схема дожигания СО в выхлопных казах 101

6.3. Влияние различных факторов на эффективность дожигания СО 103

Выводы 108

Литература

Введение к работе

Актуальность темы. Проблема защиты воздушной среды от загрязнения выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания стала актуальной и трудноразрешимой задачей в области технологии и экологии. Оксид углерода(И) - угарный газ относится к химическим соединениям с очень прочными связями между атомами углерода и кислорода (1069 кДж/ моль). В молекуле СО, как и в изоэлектронной ей молекуле азота имеется тройная связь. Вместе с тем, СО при сжигании топлива, особенно с ограниченным притоком кислорода, образуется значительно легче, чем конечный продукт окисления - углекислый газ. Энтальпия образования СО составляет -110,5 кДж/моль, а СОг равна -393,5 кДж/моль. Дожигание СО до СОг связано с активированием очень прочной молекулы угарного газа и является кинетически затрудненной реакцией. Поэтому прямое сжигание СО возможно лишь при температурах более 700С. При более низких температурах реакция реализуется лишь с использованием различных каталитических систем. В известных фильтрах-нейтрализаторах автомобильного выхлопа применяются каталитические системы на основе соединений палладия(П), платины(П), родия и его соединений, однако эти фильтры дороги (более 500 долларов за комплект), а их использование накладывает определенные ограничения на качество применяемых топлив. Для этих фильтров содержание сернистых соединений в топливах не должно превышать 0,05% масс. В противном случае происходит быстрое отравление катализатора за счет образования сульфидных соединений платиновых металлов. Более перспективными являются оксидные катализаторы дожигания угарного газа на основе оксидов меди(П), марганца(ГУ), хрома(Ш), железа(Ш), цинка(П) и их композиций. Такие катализаторы менее эффективны по сравнению с катализаторами на основе платиновых металлов, однако, они несравненно более дешевы и технологичны в производстве, что на перспективу должно обеспечить их широкое применение для нейтрализации автомобильного выхлопа.

Эффективным окислителем в подобных реакциях является озон, который легко активируется и участвует в реакциях с отщеплением активного атомарного кислорода. Нет проблемы и с генерацией озона, т.к. он легко образуется в барьерном разряде с использованием простых озонаторов, для питания которых можно использовать высоковольтное высокочастотное напряжение систем зажигания автомобилей. Потребление энергии на генерацию озона весьма незначительно. Энергия связи 0-0 в молекуле озона составляет всего 142 кДж/моль, что втрое ниже, чем в молекуле кислорода.

Указанные данные послужили основой для разработки технологии дожигания СО в выхлопных газах автомобилей на основе простого озонатора и каталитических систем, содержащих оксид меди(П) на различных носителях.

ЮС НАЦИОНАЛЬНА* І
З
МІЛИОТВКЛ ]

Целью настоящей работы является разработка технологии каталитического дожигания СО озоном в газовых смесях с использованием медьоксидных катализаторов на различных носителях.

Научная новизна данного исследования состоит в том, что впервые

разработан модифицированный медьоксидный катализатор дожигания СО озоном, полученный окислением высокодисперсной металлической меди (медной черни);

доказано образование интермедиатов, содержащих терминально координированные молекулы СО к атомам металла (палладия, меди) и обеспечивающие эффективное окисление СО до С02 за счёт существенного ослабления химической связи в молекуле оксида углерода (И);

утановлено, что высокая каталитическая активность оксидов меди(И) достигается применением оптимальных режимов термодеструкции исходных солей меди (П) на различных носителях;

по данным электронной микроскопии показано, что природа носителя и режимы термообработки существенно влияют на микроструктуру катализатора и его дисперсность, что и обуславливает высокую каталитическую активность при дожигании СО озоном.

Практическая значимость работы состоит в том, что на основе недорогих каталитических систем (оксид меди на носителях) обеспечивается практически полное дожигание СО в газовых смесях, что позволяет решать проблему загрязнения воздуха выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания.

Степень достоверности и обоснованности выводов по работе обусловлена применением современных методов исследования (спектрофотометрия, электронная микроскопия, ИК - спектроскопия) и корректной интерпретацией полученных данных.

Апробация работы. По теме диссертации опубликование 7 работ. Результаты работы обсуждались на Межрегиональной научно-практической конференции «Инновационные процессы в области образования, науки и производства» (Нижнекамск, 2004), докладывались на научных сессиях КГТУ в 2002 - 2004 гг.

Структура и объем диссертации: 120 стр., 10 табл., 41 рисунок, литература 117 наименований. На защиту выносятся:

Источники загрязнения угарным газом

Оксид углерода (II) обладает восстановительными свойствами, что используют при выделении свободных металлов (Со, Си, Fe, Pb, Mn, Mo, Ni, Ag, Sn) из оксидов при нагревании в атмосфере СО при температуре 300-1500С. При облучении или в присутствии активного угля оксид углерода (II) легко присоединяет хлор с образование фосгена. Аналогичным способом оксид углерода (II) присоединяет серу с образованием COS.

Оксид углерода (II) является первым их исходных соединений, лежащих в основе современной промышленности органического синтеза[2].

Качественное определение СО основано на сильной восстановительной способности оксида углерода. Исследуемый газ встряхивают с раствором CH2CI2 в аммиаке и затем раствором PdCb. При наличии оксида углерода образуется черный осадок металлического палладия. Рекомендован специальный реактив для обнаружения СО, так называемый гунамит, представляющий собой, пропитанную раствором I2O5 в дымящей H2SO4 (Реактив меняет окраску при действии СО).

Количественное определение СО основано на ее сожжении в смеси с кислородом или в непосредственном связывании оксида углерода в аппарате типа Орса раствором хлористой меди в аммиаке или в соляной кислоте.

В зависимости от содержания СО, газы можно разделить на 2 группы, а именно на [1]: 1. Газы, бедные оксидом углерода ( СО 15%) 2. Газы, богатые оксидом углерода ( СО 15%) К первой группе относятся газы: коксовый (количество СО 3-12%), светильный (6-9%), торфяной (6-10% ), буроугольный швельгаз (5-15%), каменноугольный швельгаз (2-10%), маслянный газ, газ прекинга (2-5%). К газам с высоким содержанием СО принадлежат прежде всего, получаемые при газификации твердого горючего, газы, образующиеся при частичном окислении углеводородов, колошниковый газ и получаемый при производстве карбида, газ карбидных печей.

Газы газификации: генераторный (воздушный) (количество СО 30-34%), газ кислородной газификации (100%), водяной (50%), полуводяной (40%), смешанный (30-40%). Газы окисления: окисление метана (до 50%). Реакционные газы: колошниковые газы из: доменных печей (20-28%), электрических плавильных печей (50-70%), газ карбидных печей (60-70%).

Оксид углерода (II) является одним из основных токсичных компонентов, содержащихся в выбросных газах различных производств.

Предельно допустимая концентрация ее в атмосферном воздухе населенных мест должна соответствовать установленным нормам: максимально-разовая 3, среднесуточная 1 мг/м .

Оксид углерода (И) легко вытесняет кислород из гемоглобина крови, образуя - карбоксигемоглобин, результатом чего является удушение. Таким образом, токсическое действие оксида углерода, в конце концов, зависит от вызываемой его аноксемии (недостатка кислорода в артериальной крови).

При вдыхании незначительных концентраций оксида углерода, около 0,1% по объему, появляются ощущения тяжести в голове, сильная головная боль, головокружение и шум в ушах. Кроме того, появляются чувство тошноты, кожные ощущения, дрожь, чувство слабости, ускорение пульса и рвота. Наибольшее значение для дальнейшего течения отравления и для его исхода имеет следующая стадия отравления, которая часто начинается уже во время описанных первичных симптомов. Это вторая стадия отравления отличается целым рядом в высшей степени характерных симптомов, которые указывают на начало наступления паралича.

Непосредственно вслед за острым отравлением могут развиться болезненные состояния, длящиеся годами, а иногда в течении всей жизни. Преимущественно затрагивается нервная система, головной и спинной мозг, хотя поражаться могут и другие системы органов.

Центральная нервная система. Из душевных расстройств следует прежде всего указать на ослабление памяти и особенно на отсутствие воспоминаний о самом отравлении.

Кровообращение. Особенного внимания заслуживает действие оксида углерода на сосуды, которые повреждаются уже в первой стадии отравления. Вследствие расширения сосудов наступает замедление тока крови, повреждение сосудистых стенок и расстройство питания целых областей.

Особенно характерны капиллярные кровотечения в мозг, которые являются причиной перерождения, размягчения мозговой ткани.

Эти изменения локализуются чаще всего в совершенно определенных местах головного мозга, например в области ганглиев центральной нервной системы и с обеих сторон чечевичного ядра. Повреждения эти проще всего объясняют целый ряд функциональных и в особенности стойких изменений, как в психике, так и в физическом состоянии.

Обмен веществ. Уже в остром периоде отравления оксидом углерода можно отличить целый ряд расстройств в обмене веществ, например результаты кислородного голодания и нарушения функции крови.

Органы дыхания. Явления отравления, похожие на действие раздражающего газа, могут наступить уже при вдыхании чистого оксида углерода или его смесей, не содержащих раздражающих веществ, как светильный газ или водяной газ.

Получение газовых смесей и их химический анализ

Попытки удаления оксида углерода (II) из водяного газа окислением водяным паром с целью получения чистого водорода основывается на равновесии [7]:

Задача заключается, следовательно, в том, чтобы оксид углерода (И) превратить, возможно, полным действием водяного пара при соответствующих условиях в углекислоту и водород.

Чистый водород можно получить двумя путями: - Процесс получения водяного газа проводят так, чтобы в нем вообще не содержался оксид углерода, а шло образование только углекислоты. Для этого необходимо работать при возможно низких температурах. Однако в виду инертности реакции между углем и водяным паром практическое осуществление этой мысли едва ли возможно. — Водяной газ получают, как раньше, при высоких температурах и образующийся при этом оксид углерода подвергают превращением водяным паром при возможно более низкой температуре. Вначале казалось, что эта реакция представляет значительные трудности.

Read взял английский патент на окисление водяного газа с применением окислов металлов в качестве катализаторов [1]. В 1889 г. Mond и Langer запатентовали применение в качестве катализаторов мелко раздробленных металлов. С никелем они достигли окисления водяного газа при 400 - 450С.

Окисление водяного газа без связывания углекислого газа. Для технических установок нижней температурной границей является 400С. Если перейти к еще более низкой температуре, то реакция при всех катализаторах протекает настолько медленно, что не удается достигнуть сколько-нибудь удовлетворительного превращения даже при большей мощности установки. Кроме изменения температуры, избыток водяного пара, также смещает равновесие в сторону более высоких концентраций угольной кислоты [1].

Окисление оксида углерода (II) протекает экзотермически, а именно: на каждый моль СО, окисленного при 500С, выделяется 46,5 кДж. Этой теплоты вполне достаточно для поддержания температуры реакции без внешнего нагревания, при этом условии, если, как и при получении серной кислоты контактным способом, свежие газы будут проходить теплообменник, где они будут подогреваться теплотой, выделяемой отходящими газами. Если по каким-либо причинам, как, например: временная задержка процесса, температура процесса понизится, то прибавлением небольших количеств кислорода или, иначе говоря, частичным сжиганием водорода, она может быть опять повышена. Если получают азотоводородную смесь, то для этого можно применять воздух. Добавка воздуха уже около 1% оказывает сильное действие. Следовательно, температура контактного пространства регулируется легко.

Окисление водяного газа с одновременным связыванием углекислоты. Наряду с повышением парциального давления водяного пара равновесие между СО и водяным паром может быть смещено в сторону большего окисления оксида углерода также при помощи связывания образующейся углекислоты. Возможность окисления СО с одновременным поглощением С02 установил еще в 1880 г. Merz и Weith [1].

Если углекислоту поглощать щелочами, то парциальное давление ее падает до упругости диссоциации соответствующих карбонатов при условиях проведения процесса. Такое благоприятное положение равновесия позволяет проводить процесс окисления углерода почти до полного его удаления, так что последующая очистка водорода делается много проще. При окислении по этому способу применяемый контакт, который вследствие поглощения углекислоты постепенно расходуется и нуждается в регенерации. Следовательно, необходим попеременно окисление и обжиг. Получаемый водород и азото-водородная смесь являются достаточно чистыми и содержат около 0,03-0,07% оксида углерода (И).

Восстановление в метан над никелем по методу Schliffan. В качестве контакта для восстановления применяется волокнистый асбест с оксидом никеля, который восстанавливается при температуре 250С. Schliffan пользуется никелем на оксиде алюминия. Никелевый контакт отравляется сернистыми соединениями, поэтому они не должны содержаться в газе [1], восстановление идет по уравнению:

Следовательно, на 1 объем оксида углерода (II) идет 3 объема газа, т.е. происходит уменьшение объема в три раза, соответствующее содержанию СО. В случае присутствия кислорода также происходит сокращение объема вследствие образования воды. Поэтому кислород предварительно удаляют пропусканием газа поглощая оксидом фосфора (V), а затем он пропускается еще над активированным углем для того, чтобы низшие оксиды фосфора не попали в аппарат для восстановления. В измерительной бюретке отсчет производится до 0,1 см3 точность определения до 0,01% СО. Жидкостью для затвора служит разбавленный раствор едкого калия с небольшим количеством металлического цинка, чтобы воспрепятствовать диффузии воздуха в аппаратуру.

Синтез медьоксидных и композитных катализаторов

Из литературного обзора, очевидно, что основным источником загрязнения атмосферы угарным газом являются двигатели внутреннего сгорания наземного транспорта (автомобильного и тепловозного). При этом выброс СО в атмосферу может достигать десятков килограмм на тонну сжигаемого топлива. Высокая токсичность СО даже в малых концентрациях требует разработки эффективных методов связывания его в выхлопных газах автомобилей. Хроническое отравление угарным газом приводит к серьезным заболеваниям центральной нервной системы (болезнь Паркинсона) и крови (малокровие).

Реакционная способность СО низка и реакция его окисления в объеме газовой смеси является кинетически затрудненной из-за высокой прочности связи С-О (1069 кДж/моль).

Применяется много способов связывания СО, в частности, восстановление его водородом, окисление водяным паром, окисление кислородом, адсорбция едким натром. Эти методы пригодны лишь при высоких концентрациях СО в газовых смесях и достаточно эффективны в промышленных технологических процессах превращения СО в важные целевые продукты.

Реагентные методы связывания СО являются достаточно экзотическими и находят применение, в основном, в аналитической химии. Это связывание СО оксидом йода(У), хлоридом палладия, оксидом серебра и др.

Большой проблемой остается связывание малых количеств СО в газах (менее 1% об.). Здесь наиболее перспективными являются методы прямого окисления СО до СОг как кислородом воздуха, так и более эффективными реагентами (пероксиды, озон). Однако, добиться глубокой очистки газов от примеси СО можно только с использованием активных катализаторов. Для дожигания СО применяются различные катализаторы, которые можно разделить на две большие группы. Первая группа - это каталитические системы на основе платиновых металлов (палладий, платина, родий), вторая группа - это оксидные катализаторы на основе оксидов меди(П), марганца(ГУ), хрома(Ш), железа(Ш), цинка(Н) и их композиций. Достижением в области связывания СО на катализаторах стала разработка двухкомпонентного катализатора - гопкалита с эффективностью окисления СО до 97-99%. Катализатор состоит из 60% МпОг и 40% СиО. Гопкалит эффективно работает лишь при большом избытке кислорода. Гопкалит хорошо работает при сравнительно больших (до нескольких процентов) концентрациях СО в газах хуже при малых (менее 0,1%) концентрациях СО.

Катализаторы на основе платиновых металлов дороги и применяются чаще всего для обезвреживания выхлопа двигателей внутреннего сгорания работающих в подземных условиях.

Задача обезвреживания автомобильного выхлопа по нашему мнению должна решаться комплексно. С одной стороны необходима разработка высокоактивных форм уже известных катализаторов, модифицируя их и совершенствуя технологию их приготовления. В этой части еще полностью не раскрыты богатые возможности медьоксидных катализаторов дожигания СО. С другой стороны необходимо активировать окислитель. Одним из путей такого активирования является использование более сильного окислителя чем кислород газообразного озона, для которого характерен распад на поверхности катализаторов с образованием высокореакционноспособного атомарного кислорода. Генерирование озона в экологически приемлемых концентрациях, является несложной технической задачей, т.к. озон образуется в барьерном электрическом разряде при высоких напряжениях. На борту любого автомобиля источник высокого напряжения имеется (система зажигания), сам же реактор для производства озона представляет собой трубку из диэлектрика (стекло, керамика) и двумя металлическими обкладками. В связи с изложенным очевидна актуальность проблемы дожигания СО.

Целью настоящей работы является разработка технологии каталитического дожигания СО озоном в газовых смесях с низким содержанием угарного газа на основе модифицированных медьоксидных катализаторов, нанесенных на различные минеральные носители.

Для решения поставленной задачи необходимо: - провести окисление СО озоном объемным методом (без катализаторов); - разработать технологию приготовления высокоактивного медьоксидного катализатора окисления СО; - сопоставить эффективность окисления СО кислородом и озоном; - разработать рекомендации по использованию новых катализаторов и газообразного озона для дожигания СО в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания.

Структурные характеристики катализаторов по данным электронной микроскопии

Все представленные выше данные относятся к основному рассматриваемому процессу окисления оксида углерода (И) озоном. Тем не менее, необходимо знать насколько окисление озоном более эффективно, чем окисление кислородом воздуха. Для этого нами в сопоставимых условиях был поставлен специальный эксперимент, при постановке которого были отобраны два из изученных катализаторов. Первый из них наиболее активный, синтезированный из нитрата меди (II), второй наименее активный на основе оксидов хрома (III) и железа (III).

Сопоставительные данные приведены на рис.4.13 и 4.14. Из приведенных данных видно, что эффективность окисления СО кислородом воздуха в несколько раз ниже по сравнению с озоном, при этом она не превышает 20-30% по степени конверсии СО.

Вместе с тем известно, что катализаторы дожигания СО на основе солей платиновых металлов значительно более активны по сравнению с металлооксидными, поэтому необходим контрольный эксперимент по определению активности катализаторов на основе платиновых металлов. В качестве контрольного катализатора использовали хлорид палладия (II) нанесенный на носители по технологии, изложенной в гл.2. Каталитическую активность хлорида палладия определяли в тех же условиях, что и металоксидных катализаторов. Данные о каталитической активности палладиевого катализатора представлены на рис. 4.15 (окисление озоном) и на рис.4.16 (окисление кислородом). Следует отметить, что активность палладиевого катализатора в реакции окисления СО кислородом существенно выше чем металлооксидных катализаторов.

Степень конверсии СО при окислении озоном на палладиевом катализаторе (Т = 300С). При окислении озоном независимо от носителя степень конверсии СО достигает 98-100%. При окислении кислородом степень конверсии также очень высока и достигает 90%. По-видимому, это связано с условиями активации молекул СО на поверхности катализатора и требует специального рассмотрения. 100 -і 98 92 8(н

Носители Рис.4.16. Степень конверсии СО при окислении кислородом на палладиевом катализаторе (Т = 300С). Высокая активность палладиевого катализатора может быть обусловлена различными причинами. Самая очевидная из них это химическое взаимодействие PdCb с оксидом углерода (II) восстановление палладия (II) до палладиевой черни и окисление уже на палладиевой черни. Эта версия не нашла подтверждения, т.к. отработанный длительное время палладиевый катализатор не изменял свою светло-коричневую окраску (см. рис.4.4) на черную. Второй важной причиной может быть степень дисперсности катализатора. По-видимому, при термообработке пропитанного солью палладия носителя образуются микрокристаллы соли наноразмерного уровня, что и обеспечивает его высокую активность. Третья причина упирается в механизм окисления СО на поверхности катализатора, что требует специального изучения.

Для качественной оценки влияния дисперсности катализатора на его активность был проведен специальный синтез, обеспечивающий получение заведомо более высокодисперсного катализатора по сравнению с методом термического разложения солей. Для этого нами проведен двухступенчатый синтез медьоксидного катализатора. На первой ступени, нанесенная на поверхность носителя соль меди (И) подвергалась воздействию раствора очень сильного восстановителя -тетрагидридобората натрия (NaBH4).

В результате воздействия восстановителя медь (II) восстанавливается до медной черни с размерами частиц нанодиапазона. Затем после термообработки каждая из этих частиц превращается в оксид меди (II), который и катализирует реакцию окисления СО озоном. На рис.4.17 приведены данные по активности модифицированного медьоксидного катализатора (МК) при окислении СО озоном.

Резюмируя изложенные в главе 4 экспериментальные данные можно отметить следующее: медьоксидные катализаторы обладают высокой каталитической активностью в реакции окисления СО озоном. Их каталитическая активность существенно выше, чем композитных катализаторов на основе смеси оксидов хрома(Ш), марганца (IV), цинка(Н), железа (III) и др., но уступает каталитической активности солей палладия(И). Предварительно было показано, что каталитическая активность медьоксидных катализаторов может быть повышена до уровня палладиевых за счет специальной технологии их синтеза, обеспечивающую высокую дисперсность частиц оксида меди (II).

Вместе с тем проблема каталитической активности различных металодисперсных систем, солевых и металлооксидных систем не нашла научного обоснования и все заключения обычно делают из общих рассуждений, не подтвержденных экспериментом. Поэтому нами предпринято ряд исследований синтезированных нами каталитических систем методом электронной микроскопии и молекулярной спектроскопии. ГЛАВА 5. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ СО ОЗОНОМ 5.1. Характер взаимодействия компонентов реакционной смеси с катализаторами.

При окислении оксида углерода (II) озоном или кислородом, реакционная смесь состоит из двух компонентов - оксида углерода (II) и окислителя. В присутствии катализатора реакция идет как минимум в две стадии [52, 74]:

Каталитическая активность любой каталитической системы в основном определяется свойствами интермедиата [75]. В присутствии катализатора понижается высота энергетического барьера, т.е. снижается энергия активации процесса и образуется интермедиат, свойства которого определяют возможна ли каталитическая реакция вообще. Так, если энергия (энтальпия) образования интермедиата слишком мала, то интермедиат распадается, не успевая вступить в реакцию с компонентами реакционной смеси, а если слишком велика, то интермедиат неактивен (отравление катализатора) [76].

Обратимся к конкретной системе: оксид углерода (II) - окислитель. Интермедиат в данной системе может образоваться двумя способами или за счет взаимодействия с СО или за счет взаимодействия с окислителем (кислородом или озоном). Обычно в реакциях окислительного переноса интермедиат образуется при взаимодействии металла с окислителем [77]:

При этом образуются чаще всего пероксидные соединения с оптимальной прочностью связи М-О [78]. Для элементов подгруппы меди типичным примером может служить каталитическая реакция окисления этилена на поверхности металлического серебра [61, 79-80]. В этом случае серебро является уникальным катализатором этой реакции, обеспечивающим высокий выход продукта (окиси этилена) и высокую селективность процесса (до 75%).

Похожие диссертации на Каталитическое дожигание оксида углерода (II) озоном