Беспламенное сжигание метана на палладиевых и оксидных катализаторах

Дипломная работа - Разное

Другие дипломы по предмету Разное

Скачать Бесплатно!
Для того чтобы скачать эту работу.
1. Пожалуйста введите слова с картинки:

2. И нажмите на эту кнопку.
закрыть



тивности при эксплуатации до 1100С.

беспламенное сжигание метан катализатор

К группе оксидных катализаторов относятся также промышленные цемент-содержащие катализаторы, применяемые для полного окисления газообразных органических веществ. Примером, в частности, может служить катализатор НТК-10-7Ф. Окислительный процесс в этом случае происходит на оксидах меди и марганца. Анализ литературных данных показывает, что катализаторы подобного типа при дополнительной обработке в определенных условиях (модифицировании) могут быть преобразованы к композициям, которые включают фрагменты, обладающие структурой флюорита. Этот эффект может быть достигнут при модифицировании промышленного катализатора диоксидом церия. При положительном результате открывается возможность практического использования промышленных катализаторов данного типа для каталитического низкотемпературного окисления метана.

Целью данной работы явилось определение условий приготовления и исследование физико-химических характеристик палладиевого катализатора, нанесенного на ячеисто-каркасный металлический носитель, а также промышленного катализатора (НТК-10-7Ф), модифицированного диоксидом церия.

Обзор литературы

 

В обзоре литературы будут рассмотрены вопросы, связанные с условиями приготовления и характеристиками катализаторов на основе благородных металлов, оксидов переходных металлов (активность, энергия активации, порядки реакции по реагентам), а также изложены существующие представления о механизме из действия.

 

Сжигание метана на нанесенных Pd и Pt катализаторах

 

Анализ данных о полном сжигании метана на благородных металлах при низких температурах был предметом обстоятельного обзора, опубликованного Желин и Приме [17], а также в статьях тематического номера журнала Catalysis Today [1, 18-23].

Принципы подхода к экспериментальному изучению свойств катализаторов данного типа и характеристики их активности

Прежде чем приступить к обсуждению результатов этих работ, следует обратить внимание, что в последние годы тестирование катализаторов основывается на изучении зависимости степени превращения метана от температуры при фиксированной скорости газового потока. Эта зависимость (рис.1) имеет вид сложной кривой, которую можно рассматривать, как сочетание начального экспоненциального участка и параболической кривой при высоких температурах.

Вид кривой (ее кривизна и положение относительно оси температур) зависит от скорости газового потока (времени контакта) и активности катализатора. Таким образом, регистрируемая кривая является характеристикой, отражающей, с одной стороны возрастание скорости процесса с температурой и, с другой стороны, связанной с уменьшением скорости процесса вследствие снижения концентрации реагента и проявления ингибирующего действия продукта реакции. Чем более полого регистрируемая кривая приближается к координате 100% -го превращения, тем сильнее выражено действие тормозящих факторов. На практике, эту кривую принято использовать для нахождения так называемой температурой зажигания процесса (light off temperature - LOT).

 

Рис.1. Типичный вид зависимости степени превращения метана от температуры

 

Чаще всего при этом указывают значение температуры, соответствующей 50% конверсии метана, например, эта величина составляет 300С для нанесенных палладиевых катализаторов на поверхность частиц SiO2, 253С для Pd/ZrO2, 370C для Pd/SnO2, 360C для Pd/Al2O3 [17].

Абсолютной характеристикой активности катализаторов является либо мольное число оборотов МЧО (количество моль превращенного продукта к количеству моль катализатора), либо величина числа оборотов катализатора, в которой моль превращенного продукта относится к молю активных центров на поверхности катализатора АЧО. Обе величины (МЧО, АЧО) имеют размерность с-1. Концентрация активных центров на поверхности катализатора определяется с помощью метода хемосорбционного титрования. С этой целью в качестве газообразных титрантов используют: СО, Н2, или О2. Несмотря на то, что взаимосвязь между концентрациями каталитически активных центров и центров адсорбции указанных газов является предметом дискуссии, авторы ряда работ [1, 17, 19] при характеристике активности катализатора отдают предпочтение величине, отнесенной к концентрации активных центров. В иностранной литературе эту величину принято обозначать TOF - turnover frequency.

Мольное число оборотов, разумеется, значительно меньше указанных величин, поскольку число активных центров, по крайней мере, в десятки раз меньше общего числа атомов палладия или платины в катализаторе. Это различие обусловлено, во первых, тем, что часть катализатора, в случае палладия, существует в виде оксида и, во вторых, тем, что активными в каталитическом процессе являются только те атомы, которые находятся на поверхности. Последний фактор учитывают введением параметра дисперсии активных частиц (dispersion, в русской литературе дисперсность), который определяют, как отношение числа атомов на поверхности к общему числу атомов, составляющих металлические частицы. Хикс, при обсуждении полученных им результатов, приходит к заключению [24], что в зависимости от природы носителя и условий приготовления катализатора на его поверхности могут формироваться частицы с малой и высокой дисперсностью. Маленькие кристаллиты образуются в случае введения малых количеств (<0.5%) активной фазы методом ионного обмена, тогда

s