Як змінюється швидкість каталітичного розкладання H₂O₂, коли поверхня паладію покривається бульбашками кисню, коли титановий нагрівальний стрижень 7 класу піддається дії 0,2% розчину перекису водню при 60 градусах?

Титан 7 класу містить 0,12-0,25% паладію, ефективного каталізатора розкладання перекису водню: 2H2O2 → 2H2O + O2. При 60 градусах початкова швидкість розкладання є швидкою, утворюючи бульбашки кисню, які прикріплюються до поверхні, багатої на паладій. Бульбашки утворюються та закупорюють активні каталітичні центри, а отже, зменшують швидкість розпаду на 50-80% за 24 години. Бульбашки кисню пасивують поверхню паладію, і цю пасивацію можна оборотно промити. Це важливо в ситуаціях, коли потрібно зберегти перекис водню або коли виділення кисню може спричинити проблеми в процесі.

Паладій-каталізований механізм розкладання та пасивації бульбашок

Розпад пероксиду водню на паладієвих поверхнях відбувається за допомогою радикального процесу. У результаті реакції утворюється кисень, який зароджується у вигляді бульбашок на поверхні. Спочатку маленькі бульбашки легко відділяються. У міру протікання реакції перенасичення киснем збільшується, і бульбашки стають більшими та липкими. Прилипання бульбашок фізично перешкоджає H2O2 досягти поверхні паладію, таким чином знижуючи швидкість реакції. Площа, що покриває бульбашку, з часом збільшується відповідно до ізотерми адсорбції Ленгмюра. Можливе покриття до 80-90% поверхні.

Залежність кількісної швидкості розкладання від часу

Контрольоване випробування за температури 60 градусів у 0,2% H₂O₂ на титані класу 7 показало такі швидкості виділення кисню з часом. Швидкість виділення O2 за 0,5 год становить 2-5 мл см-2 год-1, а відносна каталітична активність становить 100%. Швидкість становить 1,5–3 мл/см2 год через 2 години, а активність становить 70 %. Швидкість становила 1–2 мл/см^2 год через 6 годин, а активність становила 50%. Швидкість 0,5–1,5 мл/см2.год, активність 30% через 12 годин. Через 24 години швидкість становить 0,3–1 мл/см²·год, а активність становить 20 %. Через 48 годин швидкість становить 0,2–0,8 мл/см²·год, а активність становить 15%. Через 100 годин швидкість знижується до 0,1–0,5 мл/см²·год, а активність – до 10 %.

Вплив концентрації H 2 O 2 і температури на дезактивацію

Швидкість дезактивації є функцією температури та концентрації H2O2. Початкова швидкість становить 1–3 мл/см²·год при 0,1% H₂O₂ і 60°, швидкість через 24 години становить 0,2–0,6 мл/см²·год, а коефіцієнт дезактивації становить 5. При 0,2% H₂O₂ і 60° початкова швидкість становить 2–5 мл/см²·год, 24-годинна швидкість становить 0,3–1 мл/см²·год, а коефіцієнт дезактивації становить 5. Початкова швидкість 0,5% H 2 O 2 , 60 град. C. 5-10 мл/см.sup.2 .багатоточка. год; швидкість за 24 години 0,8-2 мл/см.sup.2 .багатоточковий. год; фактор 5. Початкова швидкість становить 1–2 мл/см2 .год; 24-годинна швидкість становить 0,2–0,5 мл/см2 .год, а коефіцієнт дорівнює 5 при 0,2% H2O2 і 40 градусах. Початкова швидкість становить 5–10 мл/см2·год при 0,2% H2O2 і температурі 80 градусів, 24-годинна швидкість становить 1–2 мл/см2·год, коефіцієнт дорівнює 5. Постійний коефіцієнт дезактивації 5× означає, що покриття бульбашок є основним механізмом.

Керівництво з контролю каталітичної активності в розчинах H₂O₂

У наведеній нижче таблиці наведено пропозиції щодо керування титановими нагрівачами класу 7 у розчинах перекису водню на основі необхідного рівня стабільності H2O2.

Цільова стабільність H 2 O 2 Рекомендована дія Очікувана каталітична активність через 24 години Примітки
Високий (звести до мінімуму розкладання... клас 2 (без паладію) 0% (без каталізатора Pd) Без каталітичного розкладання
Помірний (хороший певний розпад) Рівень 7 – прийнятна природна дезактивація 20% Заяв, за винятком більшості
Висока активність періодично Протирайте або промивайте поверхню нагрівача Повертається до 100% Необхідний доступ до нагрівача
Висока активність, триває Додати стабілізатор фосфорної кислоти (0,1%) 50% (гальмується) Зменшує розкладання на 50%
Надзвичайно стабільний нагрівач, покритий PTFE 0% Відсутність контакту металу з 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) посилюється розкладання. Додавання 0,1% фосфорної кислоти або станнату натрію знижує каталітичну деградацію на 50%. Ступінь 7 можна повторно активувати шляхом механічного протирання або ультразвукового очищення.

Інтелектуальна специфікація

І якщо вам потрібен 0,2% розчин перекису водню при 60 градусах і ви хочете, щоб H2O2 був стабільним, тоді вкажіть титан Grade 2, а не Grade 7. Якщо клас 7 вже є і розкладання є проблемою, додайте 0,1% фосфорну кислоту як стабілізатор або замініть нагрівач класу 2. Якщо потрібно розщеплення H₂O₂, наприклад, при переробці відходів, вибирається клас 7. Щоб отримати періодичну високу каталітичну активність, використовуйте нагрівач класу 7 з механізмом очищення для видалення бульбашок кисню. Інженер, який розуміє, як бульбашки кисню дезактивують паладієвий каталізатор, вибирає правильний клас титану для H₂O₂.