Железооксидные катализаторы окисления оксида углерода

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия
Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 541. 128
О. И. Ахмеров
ЖЕЛЕЗООКСИДНЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ ОКИСЛЕНИЯ ОКСИДА УГЛЕРОДА (II)
Исследована каталитическая активность железооксидных систем различного фазового состава в реакции окисления оксида углерода (II) в зависимости от условий процесса.
В связи с возрастающим загрязнением атмосферы больших городов и промышленных районов возрастает актуальность совершенствования способов очистки промышленных газов и выхлопных газов автотранспорта.
Оксид углерода как продукт неполного сгорания топлива содержится в выхлопных газах автотранспорта (до 5−6%), во многих выбросах промышленных предприятий, образуется при отжиге огнеупоров, в содовом производстве и т. д.
К достоинствам каталитических методов очистки газов необходимо отнести более низкие температуры процессов по сравнению с термическим дожиганием (300−550оС вместо 700оС и выше).
На сегодняшний день актуальной является задача замены катализаторов на основе благородных металлов на более дешёвые оксидные катализаторы очистки отходящих газов промышленности и выхлопных газов автотранспорта.
Наибольший интерес представляют каталитические системы на основе переходных металлов переменной валентности.
Цель данной работы — исследование активности железооксидных каталитических систем различного состава в реакции окисления оксида углерода (II), изучение влияния условий ведения процесса (температура, состав газовоздушной смеси, объёмная скорость газа, объём загрузки катализатора и его фракционный состав).
Каталитические системы, исследованные на каталитическую активность, представляли собой оксиды или гидроксооксиды железа (III) различной модификации, ферриты ряда металлов, а также их смеси с промотирующими добавками (соединения алюминия, кремния, хрома, калия, натрия и т. д.).
Исследование каталитической активности гидроксооксида железа (III) в реакции окисления оксида углерода (II) показало, что при возрастании температуры от 200оС до 350оС степень окисления повышается от 80% до 100% и далее до 650оС не изменяется (рис. 1).
На термоаналитических кривых гидроксооксида железа (III) фиксируется наличие двух интенсивных эндотермических и одного слабо выраженного экзотермического эффектов. Первое эндотермическое превращение (20 — 125оС) с потерей массы 3,5% соответствует удалению слабосвязанной (адсорбированной) воды. Второй интенсивный эндотермический эффект (125 — 350оС) отражает дегидратацию гидроксооксида железа с потерей массы, равной 9,9%, что теоретически соответствует удалению одной молекулы воды.
Видимо эффективность данного катализатора в реакции окисления оксида углерода (II) определяется образованием при температурах 125 — 350оС за счёт дегидратации гидроксооксида железа (III) у — оксида железа (III), что подтверждается данными термического и рентгенографического анализов, который обладает структурой дефектной шпине-
Рис. 1 — Зависимость степени окисления оксида углерода (II) от температуры для гидроксооксида железа (III)
ли и вследствие этого высокой химической активностью.
Исследование каталитической активности образца на основе оксидов железа (II) и железа (III) показало, что степень превращения в температурном интервале 250 — 450оС возрастает, в зависимости от скорости газового потока, от 65 до 97% (рис. 2).
Рис. 2 — Зависимость степени окисления оксида углерода (II) от температуры для образца на основе оксидов железа (II) и железа (III)
При этих температурах фазовый состав катализатора изменяется. Так, в низкотемпературной области термоаналитических кривых зарегистрировано два основных разнонаправленных эндо- и экзотермического процесса: удаление слабосвязанной воды с температурой максимума 40оС (потеря массы) и окисление железа (II) (максимум эффекта 126оС- увеличение массы).
Таким образом, основной фазой этого катализатора до 450оС видимо является у —
Ре20э-
Некоторое снижение активности данного образца по сравнению с системой на основе гидроксооксида железа (III) видимо связано с тем, что удельная поверхность образца на основе оксидов железа (II) и железа (III) составляет 15 — 17 м2/г, что значительно меньше удельной поверхности образца на основе гидроксооксида железа (III) (60 — 70 м2/г).
Исследование каталитической активности железокалийоксидного образца (85% Ре20э) показало, что степень окисления оксида углерода (II) при возрастании температуры от 250оС до 400оС возрастает от 63 до 100% и далее до температуры 750оС не изменяется. Это связано с образованием в данном температурном интервале ряда ферритных соединений (КРе02, К2ре04), образование которых установлено по данным рентгенофазового анализа.
Исследование каталитической активности железохромоксидного образца (78% Ре20э) в реакции окисления оксида углерода (II) показало, что при возрастании температуры от 200оС до 500оС степень окисления повышается от 75 до 100% (рис. 3).
Рис. 3 — Зависимость степени окисления оксида углерода (II) от температуры для железохромоксидного образца
Экспериментальная часть
Фазовый состав порошков исследовался методом порошковой рентгеновской дифракто-метрии. Удельная поверхность определялась адсорбционным методом. Термический анализ проводили на дериватографе Q — 1500D фирмы «МОМ» (Венгрия). Чувствительность прибора 500 цУ.
Каталитическое окисление оксида углерода (II) исследовалось на проточном реакторе при следующих условиях:
температура в слое катализатора 250 — 750оС
объёмная скорость газа 0,5 — 2 л/мин
содержание СО в газовоздушной смеси 1 — 4%
объём загрузки катализатора 4,42 — 17,66 смэ
размер гранул катализатора 2 — 6 мм
Каталитическая активность катализатора оценивалась по степени превращения оксида углерода (II). Для анализа газовоздушной смеси применялся газоанализатор ГИАМ — 29.
© О. И. Ахмеров — канд. хим. наук, доц. каф. технологии неорганических веществ КГТУ.

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой