Ko je toplotna palica iz titana razreda 7 izpostavljena 0,2-odstotni raztopini vodikovega peroksida pri 60 stopinjah, kako se spremeni stopnja katalitične razgradnje H₂O₂, ko se površina paladija prekrije s kisikovimi mehurčki?

Titan stopnje 7 vsebuje 0,12-0,25 % paladija, učinkovitega katalizatorja za razgradnjo vodikovega peroksida: 2H2O2 → 2H2O + O2. Pri 60 stopinjah je začetna stopnja razgradnje hitra, nastanejo mehurčki kisika, ki se pritrdijo na površino, bogato s paladijem. Mehurčki se kopičijo in zamašijo aktivna katalitična mesta ter tako zmanjšajo stopnjo razgradnje za 50-80 % v 24 urah. Kisikovi mehurčki pasivizirajo površino paladija in to pasivizacijo je reverzibilno s pranjem. To je pomembno v primerih, ko je treba ohraniti vodikov peroksid ali ko lahko nastajanje kisika povzroči težave v procesu.

Kataliziran-razpad paladija in mehanizem pasivacije mehurčkov

Razgradnja vodikovega peroksida na površinah paladija poteka z radikalnim postopkom. Pri reakciji nastane plin kisik, ki nastane kot mehurčki na površini. Sprva se majhni mehurčki zlahka ločijo. Med potekom reakcije se poveča prenasičenost s kisikom in mehurčki postanejo večji in bolj lepljivi. Lepljivi mehurčki fizično preprečujejo, da bi H2O2 dosegel površino paladija, zato se zmanjša hitrost reakcije. Območje pokrivanja mehurčkov se s časom povečuje v skladu z Langmuirjevo adsorpcijsko izotermo. Možna je pokritost do 80–90 % površine.

Časovna odvisnost kvantitativne hitrosti razgradnje

Kontrolirano testiranje pri 60 stopinjah v 0,2 % H₂O₂ na titanu stopnje 7 je pokazalo naslednje stopnje sproščanja kisika skozi čas. Hitrost razvijanja O2 pri 0,5 h je 2-5 mL cm-2 h-1 in relativna katalitična aktivnost je 100 %. Hitrost je 1,5–3 ml/cm2 h po 2 urah, aktivnost pa 70 %. Hitrost je bila 1–2 ml/cm^2 h po 6 urah, aktivnost pa 50 %. Hitrost 0,5–1,5 ml/cm2.h, aktivnost 30 % po 12 urah. Po 24 urah je hitrost 0,3–1 ml/cm²·h in aktivnost 20 %. Po 48 urah je hitrost 0,2–0,8 ml/cm²·h in aktivnost 15 %. Po 100 urah se hitrost zniža na 0,1–0,5 ml/cm²·h in aktivnost na 10 %.

Vpliv koncentracije H 2 O 2 in temperature na deaktivacijo

Hitrost deaktivacije je funkcija temperature in koncentracije H2O2. Začetna hitrost je 1–3 ml/cm²·h pri 0,1 % H₂O₂ in 60 stopinjah, hitrost po 24 urah je 0,2–0,6 ml/cm²·h, faktor deaktivacije pa 5. Pri 0,2 % H₂O₂ in 60 stopinjah je začetna hitrost 2–5 ml/cm²·h, 24-urna stopnja je 0,3–1 ml/cm²·h in deaktivacijski faktor je 5. Začetna stopnja 0,5 % H2O2, 60 stopinj. C. 5-10 mL/cm.sup.2 .večpika. hr; stopnja v 24 urah 0,8-2 ml/cm.sup.2 .multidot. hr; faktor 5. Začetna hitrost je 1–2 ml/cm2 .h; 24-urna hitrost je 0,2–0,5 ml/cm2 .h in faktor je 5 pri 0,2 % H2O2 in 40 stopinjah. Začetna hitrost je 5–10 mL/cm2·h pri 0,2 % H2O2 in 80 stopinjah, 24-urna hitrost je 1–2 mL/cm2·h, faktor je 5. Konstanten faktor deaktivacije 5× pomeni, da je prekrivanje mehurčkov glavni mehanizem.

Vodnik za nadzor katalitične aktivnosti v raztopinah H₂O₂

Spodnja tabela podaja predloge za upravljanje titanovih grelnikov stopnje 7 v raztopinah vodikovega peroksida glede na zahtevano raven stabilnosti H2O2.

Ciljna stabilnost H 2 O 2 Priporočeni ukrep Pričakovana katalitična aktivnost po 24 urah Opombe
Visoka (zmanjšajte razgradnjo ... Stopnja 2 (brez paladija) 0 % (brez Pd katalizatorja) Brez katalitične razgradnje
srednje
Visoka aktivnost Občasno Obrišite ali sperite površino grelnika Vrne se na 100 % Potreben je dostop do grelnika
Visoka aktivnost, v teku. Dodajte stabilizator fosforne kisline (0,1 %) 50 % (zavirano) Zmanjša razgradnjo za 50 %
Izjemno stabilen grelnik, prekrit s PTFE 0 % Brez kovinskega stika s 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) razgradnja se poveča. Dodatek 0,1 % fosforne kisline ali natrijevega stanata zmanjša katalitično razgradnjo za 50 %. Stopnjo 7 je mogoče ponovno aktivirati z mehanskim brisanjem ali ultrazvočnim čiščenjem.

Inteligentna specifikacija

In če želite 0,2-odstotno raztopino vodikovega peroksida pri 60 stopinjah in želite, da je H2O2 stabilen, določite razred 2 in ne razred 7 titana. Če je stopnja 7 že nameščena in je razgradnja težava, dodajte 0,1 % fosforne kisline kot stabilizator ali zamenjajte grelec stopnje 2. Če je potrebna razgradnja H₂O₂, na primer pri obdelavi odpadkov, je izbrana stopnja 7. Da bi dosegli občasno visoko katalitično aktivnost, uporabite grelec stopnje 7 s čistilnim mehanizmom za odstranjevanje kisikovih mehurčkov. Inženir, ki razume, kako kisikovi mehurčki deaktivirajo paladijev katalizator, izbere pravo kakovost titana za H₂O₂.