Вы здесь

Каталітичні перетворення малих молекул на складних системах на основі 3d- та 4d-елементів

Автор: 
Іщенко Олена Вікторівна
Тип работы: 
Дис. докт. наук
Год: 
2004
Артикул:
0504U000465
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИКИ
2.1. СХЕМА УСТАНОВКИ ПО ВИВЧЕННЮ
КАТАЛІТИЧНОЇ АКТИВНОСТІ
Каталітичну активність зразків у реакції окиснення монооксиду вуглецю молекулярним киснем вивчали у проточному реакторі з хроматографічним контролем складу реакційної суміші. Аналіз газів проводили з використанням детектора за теплопровідністю (прилад ЛХМ-8МД). На рис 2.1 наведена мікрокаталітична установка проточного типу. Для проведення досліджень каталітичної активності зразків у процесі окиснення монооксиду вуглецю через реометр (1) у змішувач (8) подається очищений монооксид вуглецю, що змішується з киснем, який надходить через реометр (2).

Через кран (5) суміш прямує у змішувач (9), де вона розводиться гелієм, витрата якого контролюється реометром (3). Далі суміш прямує у реактор (10). Для контролю складу вихідної суміші встановлені триканальні крани (6) і (7), які спрямовують потік поза реактором на кран-пробовідбірник (12). Для обробки каталізаторів компонентами реакційної суміші передбачено реометр (4) та чотириканальний кран (11). За його допомогою можна замінювати потік інертного газу на робочу суміш без порушення ламінарності потоку. Після реактора суміш через кран (7) потрапляє в один із каналів крана-дозатора (12). Через другий канал проходить газ-носій (гелій), який прямує на робочу колонку хроматографа. При повороті цього крана-дозатора на 90? реакційна суміш у кількості, що відповідає об'єму каналу цього крана, потрапляє у газову лінію хроматографа і прямує на аналіз. Вихідний склад суміші такий: 20%О2, 2%СО, 78%Не. Розділення газів (О2, СО, СО2) здійснювалось на колонці, заповненій активованим вугіллям СКТ із нанесеним на нього NiSO4 (довжина колонки - 3 м, струм детектора - 100 мА). Розділення газової суміші відбувалось при температурі 82?С. Використовуючи даний метод аналізу, можна виявити O2, CO, CO2 в кількості 0,01об.% з точністю 10%.
Монооксид вуглецю отримувався відновленням діоксиду вуглецю вуглецем при 1000?С. Очищення від діоксиду вуглецю, який не прореагував з вуглецем, досягалося шляхом пропускання газової суміші через скрубер з КОН.
При вивченні каталітичної активності різних зразків у реакції окиснення монооксиду вуглецю застосовували U-подібний скляний реактор (10). Внутрішній діаметр трубки реактора 8,0 мм. В середині нього розташований скляний маншон, діаметром 1,0 мм, в якому на рівні поверхні оксидного каталізатора розташована термопара з розведеними у протилежні боки дротинками. Температура в реакторі контролювалася за допомогою термопари хромель - копель, що знаходилася всередині реактора. Наважка каталізатора в реакторі становила 0,5 г. Мірою каталітичної активності була температура 100%-го перетворення СО в СО2.
2.2. ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ КАТАЛІТИЧНОГО
ОКИСНЕННЯ МОНООКСИДУ ВУГЛЕЦЮ

Герметизація реактора забезпечується сальниковим ущільненням у втулці (3). Для обігрівання реактора на корпус (1) намотана ніхромова спіраль, ізольована від скла азбестовими шнурами. При проведенні досліджень з використанням безградієнтного реактора наважка каталізатора становила 1 г.
Швидкість реакції (r, моль/с?м2) розраховували за формулою:
(2.1)
де: - концентрація СО2 на виході з реактора, моль/м3; - об'ємна швидкість газового потоку (1,67 ? 10-6 м3/с); - наважка каталізатора, г; - питома поверхня каталізатора, м2/г.
2.3. УСТАНОВКА ПО ВИВЧЕННЮ КАТАЛІТИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЗРАЗКІВ У РЕАКЦІЇ СИНТЕЗУ АМІАКУ
Продуктивність каталізаторів вивчалась на установці проточного типу при атмосферному тиску. Азотоводнева суміш стехіометричного складу отримувалась на промисловому каталізаторі СА-1А при 6500С. Очистка азотоводневої суміші полягала в першу чергу у виморожуванні залишків аміаку. Потім азотоводнева суміш проходила через активоване вугілля для очистки від можливих органічних домішок. Далі на нікель-хромовому каталізаторі газ очищувався від кисню та проходила остання очистка від водяних парів (виморожування при -1960С). Очищена азотоводнева суміш з постійною швидкістю поступала до реактора. Температури крекінга та реакторів синтезу аміаку контролювалась хромель-алюмелевими термопарами з точністю до 10С.
Концентрація синтезованого аміаку визначалась за часом нейтралізації визначеного об?єму сірчаної кислоти відомої нормальності. Продуктивність розраховувалась за формулою:
, (2.2)
де N - нормальність розчину сірчаної кислоти, V-об?єм сірчаної кислоти, яку беруть для нейтралізації (см3), m-маса каталізатора (г), ?-час нейтралізації (хв).
Питома поверхня зразків визначалась при кожній температурі експерименту під час каталітичних досліджень за низькотемпературною адсорбцією азоту. Схема установки для дослідження каталітичних властивостей зразків в реакції синтезу аміаку наведена на рис.2.3.

2.4. ТЕРМОДЕСОРБЦІЯ З МАС-СПЕКТРОМЕТРИЧНИМ АНАЛІЗОМ.
Мас-спектрометрія [170,171] є одним із головних методів реєстрації утворення та перетворення іонів у газовій фазі. В роботі для вивчення частинок, що десорбуються, використовували два мас-спектрометра: МИ1201 та МХ 7304 А (комп?ютеризований). Метод термодесорбції полягає:
- в адсорбції реагентів на поверхні каталізатора при заданих умовах;
- у видаленні молекул вихідних речовин з газової фази (вакуумування зразка до 10-4 Па при кімнатній температурі);
-у наступному нагріванні каталізатора з постійною швидкістю з одночасним аналізом продуктів, які виділяються.
Після проведення каталітичного експерименту зразки переносились до кварцевої кювети, де вакуумувалися до 10-1Па. Потім проводилася адсорбція СО при 100?С протягом 1 години (реакція окиснення СО) чи адсорбція азотоводневої суміші стехіометричного складу при 4000С (реакція синтезу аміаку). Після повільного охолодження знімалися термодесорбційні (ТД ) спектри.
Мас-спектрометричний аналіз газової фази з безперервною р