RU2468866C1 - Способ изготовления катализатора и импрегнированный пористый носитель катализатора для рекомбинации водорода и кислорода - Google Patents
Способ изготовления катализатора и импрегнированный пористый носитель катализатора для рекомбинации водорода и кислорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2468866C1 RU2468866C1 RU2011137853/04A RU2011137853A RU2468866C1 RU 2468866 C1 RU2468866 C1 RU 2468866C1 RU 2011137853/04 A RU2011137853/04 A RU 2011137853/04A RU 2011137853 A RU2011137853 A RU 2011137853A RU 2468866 C1 RU2468866 C1 RU 2468866C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- carrier
- hydrogen
- impregnated
- pores
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Изобретение относится к катализаторам для рекомбинации водорода и кислорода. Описан способ изготовления катализатора для рекомбинации водорода и кислорода, в соответствии с которым платинируют носитель из пористого вентильного металла, выбранного из группы титан, ниобий, тантал, причем до платинирования поры носителя импрегнируют порошком оксида алюминия с последующим прокаливанием импрегнированного носителя. Описан носитель катализатора для рекомбинации водорода и кислорода, выполненный в виде пластины из пористого вентильного металла, выбранного из группы титан, ниобий, тантал, причем его поры по меньшей мере частично заполнены в результате прокаливания имрегнированного оксидом алюминия носителя композитным продуктом термического взаимодействия указанных оксидов алюминия и вентильного металла. Технический результат - повышение активности катализатора и предотвращение пассивации катализатора в процессе его длительной работы. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к изготовлению катализаторов и может быть использовано в рекомбинаторах для безопасного каталитического окисления в производственных помещениях водорода, заполняющего помещение в результате утечек из баллонов и аппаратуры, вследствие аварий на предприятиях, в том числе на атомных электростанциях, и по другим возможным причинам.
Уровень техники
Катализаторы рекомбинации водорода и кислорода могут работать в пассивном режиме, то есть без внешнего энергопитания и постоянного обслуживания. В основе метода - гетерогенно-каталитическая реакция между H2 и O2, протекающая по схеме:
Рабочей (собственно каталитической) составляющей таких катализаторов служит обычно металл из группы платиноидов, чаще платина, которую в дисперсном виде наносят на так называемый носитель катализатора, выполняющий роль механической основы и адсорбента металла-катализатора. Пористый носитель обычно изготавливают из силикатов, оксидов кремния, алюминия, магния, титана или циркония, карбонатов щелочноземельных металлов, таких как магний, кальций, барий или стронций. Тепло реакции (1) приводит к разогреву катализатора и испарению образующейся воды. Платинирование носителя осуществляют путем напыления металла-катализатора или путем пропитывания носителя растворами соединений платиноидов, например раствором платинохлористоводородной кислоты (ПХВК), с последующим термическим разложением ПХВК или химическим восстановлением катиона платины до металла.
Известен способ изготовления катализатора для рекомбинации водорода и кислорода гидротермальным синтезом с получением носителя путем осаждения гидроксида алюминия в суспензии наночастиц диоксида циркония (RU 2360734, B01J 21/06, 23.06.2008 - аналог). К недостаткам данного способа, с одной стороны, следует отнести сложную технологию (приготовление носителя состоит по меньшей мере из 16 стадий, часть из которых - многочасовые). С другой стороны, активность этого катализатора в процессе рекомбинации водорода и кислорода весьма невелика, в частности, в связи с высокой температурой вступления катализатора в работу (50°С), тогда как для обеспечения безопасной работы промышленных помещений, в которых возможно появление водорода, катализаторы для окисления водорода должны вступать в работу уже при комнатной температуре. Кроме того, скорость реакции (в расчете на единицу площади предлагаемого катализатора) на порядок уступает активности существующих промышленных катализаторов.
Известен способ изготовления катализатора для рекомбинации водорода и кислорода, в соответствии с которым платинируют носитель из пористого вентильного металла, выбранного из группы титан, ниобий, тантал (RU 2361663, B01J 23/40, 23.01.2008 - ближайший аналог). К вентильным относится небольшая группа металлов (Al, Nb, Та, Ti, Zr и др.), характерной особенностью которых является наличие поверхностной оксидной пленки, обладающей односторонней электрической проводимостью. Как показали исследования, пористые тонкие пластины из вентильных металлов, выбранных из указанной выше группы, в частности выпускаемые промышленно пористые пластины из титана, обладают высокой сорбционной способностью, что обеспечивает их высокое качество при использовании в качестве носителя катализатора. Готовят катализатор пропитыванием данного носителя раствором двух соединений: ПХВК и оксиэтилированного алкилфенола, прокаливанием (при котором происходит восстановление платины до дисперсного состояния) и гидрофобизацией образца в суспензии порошка фторопласта-4. Однако катализатор из платинированного пористого титана (ППTi) при многократной эксплуатации подвержен временной пассивации. После очередного проведения испытаний, особенно при концентрациях водорода в воздухе выше 15% об., его активность постепенно и заметно уменьшается, что можно наблюдать при снятии кинетических зависимостей «скорость реакции - концентрация водорода». Опыты проводили в климатической камере с рекомбинатором, в котором размещали испытуемые образцы катализатора.
На фиг.1 представлены кинетические кривые i-C, снятые на первом (◊), третьем (□) и пятом (Δ) циклах на ППТi катализаторе, изготовленном по способу согласно ближайшему аналогу. Кривые сняты с пошаговым увеличением концентрации водорода во вводимой в камеру водородовоздушной смеси с достижением при каждом новом составе газа стационарного режима процесса, то есть с достижением постоянной концентрации водорода в атмосфере камеры. Вместе с тем, после окончания опыта и охлаждения катализатора каждое новое снятие кинетической кривой демонстрирует общее снижение скорости процесса рекомбинации, так что на пятом цикле скорость процесса уменьшилась примерно вдвое по сравнению с активностью первого цикла. Было установлено, что причиной тому является появление на поверхности каталитической пластины пленки гидрида титана. Явление это хорошо известно: при высоких температурах вентильные металлы, особенно в дисперсном виде, заметно растворяют водород, который после остывания металла десорбируется, выходя на поверхность в виде гидрида этого металла (TiH2, NbH, ТаН3). Кроме того, при каталитической реакции (1) выделяется тепло, достаточное для значительного разогрева катализатора: его температура может достигать весьма высоких температур (500°С и более), что также должно способствовать наводораживанию катализатора. Появление осадка гидрида титана на поверхности катализатора заметно даже визуально, - по потемнению каталитических пластин, которое усиливается от цикла к циклу. Для восстановления активности ППТi необходимо удалить образовавшееся гидридное покрытие механически или прокаливанием образца при 300°С в воздушной атмосфере. Однако способ постоянного обновления поверхности катализатора неприемлем, поскольку при этом катализатор перестает быть «безуходным», а рекомбинатор с подобным «одноразовым» катализатором соответственно - «пассивным автокаталитическим рекомбинатором». Кроме того, согласно ближайшему аналогу для удержания фторопласта на стадии гидрофобизации катализатора используется алкилфенол - поверхностно-активное вещество, опасное по воздействию на организм человека и проблемное при утилизации его отработанных растворов.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является повышение надежности и эффективности работы катализатора с носителем из пористого вентильного металла, а также повышение экологической чистоты процесса его изготовления; достигаемым техническим результатом - повышение активности и предотвращение пассивации катализатора в процессе его длительной работы путем устранения миграции крупных молекул гидрида на поверхность катализатора, а также исключение при изготовлении катализатора стадии гидрофобизации.
Указанные цель и технический результат обеспечиваются тем, что при осуществлении способа изготовления катализатора для рекомбинации водорода и кислорода, в соответствии с которым платинируют носитель из пористого вентильного металла, выбранного из группы титан, ниобий, тантал, согласно изобретению до платинирования поры носителя импрегнируют порошком оксида алюминия с последующим прокаливанием импрегнированного носителя. При этом импрегнирование рекомендуется продолжать до получения массового содержания в носителе порошка оксида алюминия 2,0…3,0 мг на квадратный сантиметр его площади, а прокаливание импрегнированного носителя осуществлять при температуре 600…1000°С в течение 0,5…1,5 часов.
Известен носитель катализатора для рекомбинации водорода и кислорода, выполненный в виде пластины из пористого вентильного металла, выбранного из группы титан, ниобий, тантал (см. указанный выше ближайший аналог).
Другой целью и достигаемым эффектом согласно изобретению является усовершенствование носителя для улучшения эксплуатационных характеристик катализатора, выполненного на его основе.
Это обеспечивается тем, что в носителе катализатора для рекомбинации водорода и кислорода, выполненного в виде пластины из пористого вентильного металла, выбранного из группы титан, ниобий, тантал, согласно изобретению, его поры по меньшей мере частично заполнены в результате прокаливания импрегнированного оксидом алюминия носителя композитным продуктом термического взаимодействия указанных оксида алюминия и пористого вентильного металла.
Осуществление способа согласно изобретению
Для проведения импрегнирования можно использовать обычную установку для фильтрования, например воронку Бюхнера, на которой просасывают взмученную в воде суспензию порошка оксида алюминия через пластину пористого титана или прокачивают с помощью насоса через пластину пористого титана воздушную аэрозоль указанного оксида. Более эффективен способ механического втирания сухого оксида алюминия в пластину. Втирание можно осуществить вручную (пользуясь, например, обычной губкой из поролона) или мягким (фетровым) шлифовальным кругом, приводимым в движение электромотором. Важно, чтобы в состав порошка оксида алюминия входили фракции с размером частиц порошка, меньшим размера пор носителя. После импрегнирования пор остатки порошка с поверхности носителя удаляют.
В ниже демонстрируемых опытах поры пластины размерами 120×47,5×0,064 мм из пористого титана (с удельной поверхностью 0,48 м2/г и пористостью 27%) были импрегнированы высокодисперсным нанопорошком оксида алюминия (со средним размером чешуйчатых частиц 25 нм) в количестве 2,6 мг на квадратный сантиметр площади пластины. Избыток порошка снимался с пластин мягкой кистью. О количестве внесенного в поры оксида алюминия судили по привесу пластины после втирания порошка. Втирание порошка с обеих сторон пластины позволяет заполнить 35% его пор носителя (9,6% объема всей пластины). При последующем прокаливании (в воздушной атмосфере при 670°С в течение одного часа) происходила термодиффузия порошкообразного оксида алюминия в поры носителя и его упрочнение.
На фиг.2 представлены кинетические кривые i-C, снятые на первом (◊), третьем (□) и пятом (Δ) циклах на катализаторе ИППTi согласно полезной модели, на фиг.3 - то же на катализаторе ИППNb; на фиг.4 - то же на катализаторе ИППТа.
Полученный платиновый катализатор с носителем из импрегнированного платинового пористого титана (ИППТi) проявляет все основные качества активного катализатора реакции рекомбинации водорода, но при этом, как видно из фиг.2, он не пассивируется при многократном снятии кинетических кривых. Кроме того, ИППTi катализатор не требует дополнительной гидрофобизации: многомесячное экспонирование его в атмосфере стопроцентной влажности не сказывается на его основных рабочих характеристиках. Данный катализатор в отличие от пирофорного пористого титана обладает также высокой термической стойкостью и не теряет своей активности даже после прокаливания до 1200°С (в пламени газовой горелки). Это особенно важно при работе катализатора при высоких внешних температурах и высоком содержании водорода в воздухе, когда температура катализатора может достигать 500°С и более. Эффект от импрегнирования наблюдается и на других двух пористых вентильных металлах Nb и Та (фиг.3, 4).
В то же время пористая нержавеющая сталь примерно с той же внутренней поверхностью, что и у пористого титана, оказалась непригодной вследствие контактного осаждения платины и слабой ее адсорбции в порах подложки.
После импрегнирования пористого носителя, устраняющего временную пассивацию катализатора в процессе его работы, носитель платинируют одним из известных способов, исключая стадию гидрофобизации, что обеспечивает повышение экологической чистоты процесса изготовления катализатора.
Осуществление устройства согласно изобретению
Носитель катализатора для рекомбинации водорода и кислорода выполнен в виде пластины из пористого вентильного металла, выбранного из группы титан, ниобий, тантал. Поры пластины по меньшей мере частично заполнены в результате прокаливания импрегнированного оксидом алюминия носителя по описанному выше способу композитным продуктом термического взаимодействия указанных оксида алюминия и пористого вентильного металла. Такое выполнение носителя существенно улучшает эксплуатационные характеристики изготавливаемых на его основе рекомбинаторов водорода и кислорода.
Claims (4)
1. Способ изготовления катализатора для рекомбинации водорода и кислорода, в соответствии с которым платинируют носитель из пористого вентильного металла, выбранного из группы титан, ниобий, тантал, отличающийся тем, что до платинирования поры носителя импрегнируют порошком оксида алюминия с последующим прокаливанием импрегнированного носителя.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что импрегнирование продолжают до получения массового содержания в порах носителя порошка оксида алюминия 2.0…3,0 мг на квадратный сантиметр его площади.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что прокаливание импрегнированного носителя осуществляют при температуре 600…1000°С в течение 0,5…1,5 ч.
4. Носитель катализатора для рекомбинации водорода и кислорода, выполненный в виде пластины из пористого вентильного металла, выбранного из группы титан, ниобий, тантал, отличающийся тем, что его поры по меньшей мере частично заполнены в результате прокаливания имрегнированного оксидом алюминия носителя композитным продуктом термического взаимодействия указанных оксидов алюминия и вентильного металла.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011137853/04A RU2468866C1 (ru) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Способ изготовления катализатора и импрегнированный пористый носитель катализатора для рекомбинации водорода и кислорода |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011137853/04A RU2468866C1 (ru) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Способ изготовления катализатора и импрегнированный пористый носитель катализатора для рекомбинации водорода и кислорода |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2468866C1 true RU2468866C1 (ru) | 2012-12-10 |
Family
ID=49255665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011137853/04A RU2468866C1 (ru) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Способ изготовления катализатора и импрегнированный пористый носитель катализатора для рекомбинации водорода и кислорода |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2468866C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2592546C1 (ru) * | 2015-03-30 | 2016-07-27 | Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" | Пористый носитель катализатора жидкофазного окисления |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1989004067A1 (en) * | 1987-10-27 | 1989-05-05 | Kordesch Karl V | Catalytic recombination of corrosion evolved hydrogen in alkaline cells |
RU2069582C1 (ru) * | 1990-05-11 | 1996-11-27 | Сименс АГ | Устройство для рекомбинации водорода и кислорода |
WO2006082463A1 (fr) * | 2005-02-02 | 2006-08-10 | S.C.P.S. Société de Conseil et de Prospective Scientifique S.A. | Dispositif de recombinaison catalytique des gaz pour accumulateurs alcalins à anode de zinc abrege |
RU2360734C1 (ru) * | 2008-06-23 | 2009-07-10 | Открытое акционерное общество "Санкт-Петербургский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт "АТОМЭНЕРГОПРОЕКТ" (ОАО "СПбАЭП") | Пассивный каталитический рекомбинатор водорода |
RU2361663C1 (ru) * | 2008-01-23 | 2009-07-20 | Дмитрий Евгеньевич Кошманов | Катализатор для рекомбинации водорода и кислорода и способ его изготовления |
US7595087B2 (en) * | 2002-10-16 | 2009-09-29 | Fujikin Incorporated | Process of forming platinum coating catalyst layer in moisture-generating reactor |
KR20100036625A (ko) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | 한국원자력기술 주식회사 | 수소 제거용 수소 재결합기 제조방법 |
RU2417840C1 (ru) * | 2009-10-26 | 2011-05-10 | Александр Геннадьевич Тарарыкин | Каталитический элемент |
-
2011
- 2011-09-15 RU RU2011137853/04A patent/RU2468866C1/ru active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1989004067A1 (en) * | 1987-10-27 | 1989-05-05 | Kordesch Karl V | Catalytic recombination of corrosion evolved hydrogen in alkaline cells |
RU2069582C1 (ru) * | 1990-05-11 | 1996-11-27 | Сименс АГ | Устройство для рекомбинации водорода и кислорода |
US7595087B2 (en) * | 2002-10-16 | 2009-09-29 | Fujikin Incorporated | Process of forming platinum coating catalyst layer in moisture-generating reactor |
WO2006082463A1 (fr) * | 2005-02-02 | 2006-08-10 | S.C.P.S. Société de Conseil et de Prospective Scientifique S.A. | Dispositif de recombinaison catalytique des gaz pour accumulateurs alcalins à anode de zinc abrege |
RU2361663C1 (ru) * | 2008-01-23 | 2009-07-20 | Дмитрий Евгеньевич Кошманов | Катализатор для рекомбинации водорода и кислорода и способ его изготовления |
RU2360734C1 (ru) * | 2008-06-23 | 2009-07-10 | Открытое акционерное общество "Санкт-Петербургский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт "АТОМЭНЕРГОПРОЕКТ" (ОАО "СПбАЭП") | Пассивный каталитический рекомбинатор водорода |
KR20100036625A (ko) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | 한국원자력기술 주식회사 | 수소 제거용 수소 재결합기 제조방법 |
CN101711996A (zh) * | 2008-09-30 | 2010-05-26 | 韩国原子力技术株式会社 | 除氢用氢复合器制造方法 |
RU2417840C1 (ru) * | 2009-10-26 | 2011-05-10 | Александр Геннадьевич Тарарыкин | Каталитический элемент |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2592546C1 (ru) * | 2015-03-30 | 2016-07-27 | Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" | Пористый носитель катализатора жидкофазного окисления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | Rational construction of macroporous CoFeP triangular plate arrays from bimetal–organic frameworks as high-performance overall water-splitting catalysts | |
Mao et al. | Metal support interaction in Pt nanoparticles partially confined in the mesopores of microsized mesoporous CeO2 for highly efficient purification of volatile organic compounds | |
Tang et al. | Effect of surface manganese valence of manganese oxides on the activity of the oxygen reduction reaction in alkaline media | |
Kondratowicz et al. | Catalytic activity of Pt species variously dispersed on hollow ZrO2 spheres in combustion of volatile organic compounds | |
Colmenares et al. | Model study on the stability of carbon support materials under polymer electrolyte fuel cell cathode operation conditions | |
CN103774149B (zh) | 一种高强纳米多孔镍膜的制备方法 | |
Reddy et al. | Structural characterization and catalytic activity of nanosized ceria− terbia solid solutions | |
Hai et al. | Preparations of TiO2 film coated on foam nickel substrate by sol-gel processes and its photocatalytic activity for degradation of acetaldehyde | |
JP5999548B2 (ja) | 光触媒およびその製造方法 | |
WO2013121801A1 (ja) | マクロ多孔性チタン化合物モノリスとその製造方法 | |
JP2011056488A (ja) | アンモニア改質触媒とこれを用いた水素の製造方法 | |
JP6329245B2 (ja) | 窒素酸化物除去用のナノ触媒フィルター | |
Li et al. | A CO 2 photoreduction heterogeneous cobalt-based cocatalyst constructed via in situ electrostatic adsorption deposition | |
RU2468866C1 (ru) | Способ изготовления катализатора и импрегнированный пористый носитель катализатора для рекомбинации водорода и кислорода | |
Proietti et al. | Fe-based electrocatalysts for oxygen reduction in PEMFCs using ballmilled graphite powder as a carbon support | |
Mahmood et al. | Ionic liquids as precursors for Fe–N doped carbon nanotube electrocatalysts for the oxygen reduction reaction | |
JP5865110B2 (ja) | メタン酸化触媒およびその製造方法 | |
JP2006523591A (ja) | ナノ構造を有する金属−カーボン複合体及びその製造方法 | |
JP5105709B2 (ja) | 水性ガスシフト反応触媒 | |
Cong et al. | Preparing a dual-function BiVO 4/NiFe-LDH composite photoanode for enhanced photoelectrocatalytic wastewater treatment and simultaneous hydrogen evolution | |
JP7075794B2 (ja) | アンモニア合成用触媒の製造方法 | |
Selvakumar et al. | Activity manifestation via architectural manipulation by cubic silica-derived Co 3 O 4 electrocatalysts towards bifunctional oxygen electrode performance | |
JP2008272745A5 (ru) | ||
JP6197052B2 (ja) | 燃料改質触媒 | |
Kolla et al. | Metal oxides modified mesoporous carbon supports as anode catalysts in DMFC |