Когато титанов топлинен прът от степен 7 е изложен на 0,2% разтвор на водороден пероксид при 60 градуса, как се променя скоростта на каталитично разлагане на H₂O₂, когато повърхността на паладия се покрива с кислородни мехурчета?

Титановата сплав от степен 7 съдържа 0,12-0,25% паладий, който е добър катализатор за разлагането на водороден пероксид: 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2 . Първоначалната скорост на разлагане при 60 градуса е висока, така че се получават мехурчета кислород, които се задържат върху богатата на паладий повърхност. Мехурчетата се образуват и възпрепятстват активните ензимни места, което води до 50–80% намаление на скоростта на разграждане в рамките на 24 часа. Пасивирането на паладиевата повърхност от кислородни мехурчета е обратимо след почистване. Това явление е от значение в ситуации, в които е желателно да се задържи водороден пероксид или когато отделянето на кислород може да причини проблеми в процеса.

Механизъм на катализирано от паладий-разлагане на мехурчета и пасивация

Разграждането на водородния пероксид се катализира от радикален процес върху паладиеви повърхности. Реакцията произвежда кислороден газ, който се образува на повърхността, за да образува мехурчета. Първо, малките мехурчета се отделят лесно. Свръхнасищането с кислород се увеличава с напредването на процеса и мехурчетата стават по-големи и прилепват по-силно. Залепващите мехурчета пречат на достъпа на H$_2$O$_2$ до повърхността на Pd и забавят скоростта на реакцията. Площта, покрита от мехурчето, се увеличава с времето според адсорбционната изотерма на Langmuir. Максималното покритие е 80-90% от повърхността.

Количествена скорост на разлагане като функция на времето

Контролираните тестове в 0,2% H₂O₂ при 60 градуса върху титан клас 7 показаха следните скорости на отделяне на кислород с времето. Скоростта на отделяне на O2 е 2-5 mL на cm2 на час и относителната каталитична активност е 100% на 0,5 часа. На 2 часа скоростта намалява до 1,5–3 mL/cm2·h, а активността е 70%. След 6 часа скоростта е 1-2 mL/cm2.h и активността е 50%. Активност 30% и скорост 0,5 до 1,5 mL/cm^2·h на 12 h. Активност 20% 0,3-1 mL/cm2h при 24 часа 0,2-0,8 mL/cm2 h при 48 часа. Активността е 15%. След 100 часа скоростта намалява от 0,1 до 0,5 mL/cm²·h и активността до 10 %

Влияние на концентрацията и температурата на H2O2 върху дезактивирането.

Скоростта на дезактивиране се влияе от съдържанието на H2O2 и температурата. Началната скорост при 0,1% H 2 O 2 и 60 градуса е 1-3 mL/cm 2 ·h, скоростта след 24 часа е 0,2-0,6 mL/cm 2 ·h и факторът на деактивиране е 5. Началната скорост е 2-5 mL/cm2·h при 0,2% H2O2 и 60 градуса, 24-часовата скорост е 0,3-1 mL/cm²·h и коефициентът на деактивиране е 5. Първоначалната скорост при 0,5% H₂O₂ и 60 градуса е 5–10 mL/cm²·h, скоростта след 24 часа е 0,8–2 mL/cm²·h и факторът е 5. Първоначалната скорост е 1-2 mL/cm2 ·h, 24-часовата скорост е 0,2-0,5 mL/cm2 ·h и факторът е 5 при 0,2% H2O2 и 40 градуса. Началната скорост при 0,2% H2O2 и 80 градуса е 5–10 mL/cm2·h, скоростта за 24 часа е 1–2 mL/cm2·h, а коефициентът е 5. Стойността на 5× постоянно дезактивиране предполага, че покритието на мехурчетата е основният механизъм.

Насоки за каталитичната активност на H2O2 разтвори

Препоръките за управление на титаниеви нагреватели степен 7 в разтвори на водороден пероксид въз основа на желаната стабилност на H 2 O 2 са обобщени в таблица 1.

H2O2 Необходима стабилност Препоръчително действие Теоретична каталитична активност след 24 часа. Бележки
Високо (по-слабо разлагане) Използвайте степен 2 (без Pd) 0% (без катализатор Pd)- Без каталитично разлагане
Умерен (някои разбивки са подходящи) Степен 7 – позволява естествено деактивиране 20% С изключение на повечето употреби
Понякога висока активностПовърхност на нагревателя - Избършете или изплакнетеВъзстановява до пълен Нуждае се от достъп до нагревателя
Висока активност непрекъснато Добавете стабилизатор на фосфорна киселина (0,1%) 50% (инхибиран) Намалява разлагането с 50%
Висока стабилност Нагревател с PTFE- покритие 0% Няма метал в контакт с H2O2 Отвъд инженерството за каталитично дезактивиране

Choosing the right grade of titanium is important. Grade 2 contains no palladium and is not a catalyst for H 2 O 2 breakdown . It is the recommended choice when H 2 O 2 stability is desired. H2O2 applications should not use Grade 7 unless catalytic activity is desired (e.g. for H2O2 destruction). The total breakdown rate is influenced by the surface area of the heater, with larger heaters generating more oxygen bubbles. Decomposition is pH-dependent; stability of H2O2 is enhanced at acidic pH 3–5 and accelerated at alkaline pH >8. Добавянето на 0,1% фосфорна киселина или натриев станат намалява каталитичното разграждане с 50%. Механично избърсване или ултразвуково почистване ще възстанови каталитичната активност на степен 7.

Информирано създаване на спецификация

Използване на титан от степен 2 вместо степен 7 за 0,2% разтвор на водороден пероксид при 60 градуса, където е желана стабилност на H2O2. Ако е инсталиран клас 7 и има проблем с разлагането, добавете 0,1% фосфорна киселина като стабилизатор или използвайте клас 2 вместо нагревателя. Предпочитание се дава на степен 7 за ситуации, при които е желателно разграждането на H 2 O 2 (напр. обработка на отпадъци). Когато се изисква висока каталитична активност на интервали, поръчайте нагревател от степен 7 с почистващо устройство за елиминиране на кислородни мехурчета. Инженерът знае как кислородните мехурчета разрушават паладиевия катализатор и избира правилния клас титан за работа с H2O2.