Беспламенное сжигание метана на палладиевых и оксидных катализаторах
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
ot; после травления в режиме: , мин, %.
Нанесение палладия на ячеисто-каркасные металлические носители
Для контактного нанесения палладия использовали раствор Pd (NO3) 2 с концентрацией 0,02г/мл. Химическое осаждение палладия осуществлялось по реакции
Спиралевидные элементы помещали в раствор азотнокислого палладия и нагревали до температуры 80С, после этого к раствору добавляли концентрированную соляную кислоту, количество которой определяло характеристики осажденного слоя палладия. Для установления оптимума мольных соотношений Pd/HCl была выполнена серия опытов, в которых изменялось соотношение Pd/HCl в исходных растворах нитрата Pd.
Критерием качества нанесенного Pd слоя служила информация о зависимости температуры 50% степени превращения метана от мольного отношения Pd/HCl. Результаты этих опытов показаны на рис. 20.
Рис. 20. Зависимость температуры 50% конверсии метана от мольного отношения Pd/HCl
Как видно из рис. 20, оптимальным является мольное отношение Pd/HCl = 0,017. В дальнейших опытах нанесенные палладиевые катализаторы были приготовлены, когда мольное отношение Pd/HCl соответствовало оптимальному.
Процедура нанесения палладия продолжалась до полного осаждения металла из раствора. Протекание реакции сопровождалось изменением цвета раствора, от темно-оранжевого до желто-зеленого цвета. Конечная окраска была обусловлена частичным растворением никеля и железа из подложки. Спиралевидные элементы поле этого извлекали из раствора, промывали дистиллированной водой, и сушили при 100С в сушильном шкафу. Количество осажденного палладия определяли исходя из данных о содержании палладия в исходном растворе.
Оптимизация по содержанию палладия проводилась по результатам тестирования катализаторов в стандартных режимах окисления метана (см раздел 3.1). Результаты этих опытов показали, что катализатор обладает наибольшей активность при содержании Pd/Me = 4.18 масс. %.
Морфология осажденного палладия показана на приведенных электронно-микроскопических фотографиях (рис.21).
Рис.21. Морфология слоя нанесенного палладия на металлические ячеисто-каркасные структуры при различном увеличении
Как видно, осажденные слои имели развитую дендритную структуру, образованную наноразмерными фрагментами. Таким образом, последовательность операций для приготовления нанесенного палладиевого катализатора можно отобразить схемой представленной на рис.22.
Рис.22. Последовательность операций при приготовлении нанесенного палладиевого катализатора
Конструкция установки для изучения каталитической активности Pd нанесенных и НТК-10-7Ф катализаторов
Для изучения каталитической активности была изготовлена установка, включающая: газовую схему, реактор, систему анализа реагентов и продуктов реакции. Схема установки представлены на рис.23.
Рис.23. Схема установки тестирования катализаторов (Me-Pd; НТК-10-7Ф) окисления метана:
- баллон с газовой смесью (2,5% метана в воздухе (синтетический); 2 - редуктор; 3 - игольчатый натекатель; 4 - ротаметр по СН4; 5 - воздушная помпа; 6 - вентиль; 7 - ротаметр по воздуху; 8 - реактор; 9 - электронагреватель; 10 - термопара; 11 - измеритель-регулятор температуры типа 2TPM1 фирмы ОВЕН с компенсацией холодного спая; 12 - холодильник; 13 - водоприемник; 14 - пленочный измеритель объемной скорости газового потока; 15 - пеносборник; 16 - INFRALIGTH 11P инфракрасный анализатор СН4, СО, СО2.
В реактор, который представлял собой кварцевую трубку с внутренним диаметром 11 мм и длиной 450 мм, загружали катализатор. В средней части кварцевой трубки впаяна кварцевая сетка, на которой на кварцевой ткани размещался катализатор. Для предотвращения уноса катализатора газовым потоком из реактора, его тампонировали кварцевой тканью.
Для обогрева использовали трубчатую печь. Кварцевую трубку с помещенным в ней катализатором размещали соосно с печью, в зоне с постоянной температурой. Реактор закреплялся вертикально. Перед исследованием каталитической активности катализатор активировали в потоке воздуха (50мл/с) в течение одного часа при температуре 500С для палладиевых катализаторов и 750С для катализатора НТК-10-7Ф. Затем температуру печи снижали до 100-150С, поток воздуха заменяли на рабочую газовую смесь (1-4). Для проведения экспериментов использовали газовую смесь метан-воздух, с содержанием метана 2,5%. Скорость газовой смеси (1,35мл/с) регулировали игольчатым натекателем (3). После продувки системы рабочей газовой смесью задавали температуру нагрева печи на регуляторе температур (11). При достижении заданной температуры выжидали 15-20 минут до постоянства состава газовой смеси после реактора. Затем задавали следующую температуру (11) и так далее, с шагом 30-50С.
Для предотвращения засорения кювет анализатора на выходе из реактора располагался холодильник, в котором конденсировались пары воды, образующиеся в результате реакции. Далее газовая смесь поступала в пленочный измеритель объемной скорости газового потока (14), посредством которого измерялась скорость газового потока. Для предотвращения попадания пены в газовый анализатор после пенника был установлен пеносборник (15).
Состав газовой смеси по содержанию метана, СО и СО2 регистрировали с помощью газового инфракрасного анализатора (16). Измерения проводили в реальном масштабе времени, промежуток iитывания сигнала при этом составлял 1-5 сек. П