هنگامی که یک میله حرارتی تیتانیوم درجه 7 در معرض یک محلول پراکسید هیدروژن 0.2 درصد در دمای 60 درجه قرار می گیرد، چگونه سرعت تجزیه کاتالیستی H2O2 با پوشاندن سطح پالادیوم با حباب های اکسیژن تغییر می کند؟

آلیاژ تیتانیوم درجه 7 حاوی 0.12-0.25 درصد پالادیوم است که کاتالیزور خوبی برای تجزیه پراکسید هیدروژن است: 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2 . سرعت اولیه تجزیه در 60 درجه زیاد است به طوری که حباب های پالا تولید می شوند و به سطح اکسیژن می چسبند. حباب‌ها ایجاد می‌شوند و مکان‌های آنزیمی فعال را مسدود می‌کنند و در نتیجه سرعت تجزیه 50 تا 80 درصد در عرض 24 ساعت کاهش می‌یابد. غیرفعال شدن سطح پالادیوم توسط حباب های اکسیژن پس از تمیز کردن قابل برگشت است. این پدیده در شرایطی که تمایل به حفظ پراکسید هیدروژن یا جایی که تکامل اکسیژن می‌تواند باعث مشکلات فرآیند شود، مرتبط است.

مکانیسم پالادیوم{0}}تجزیه و غیرفعال شدن حباب را کاتالیز کرد

تجزیه پراکسید هیدروژن توسط یک فرآیند رادیکال بر روی سطوح پالادیوم کاتالیز می شود. در این واکنش گاز اکسیژن تولید می شود که روی سطح هسته تشکیل می شود و حباب هایی را تشکیل می دهد. ابتدا حباب های کوچک به راحتی جدا می شوند. با پیشرفت فرآیند و بزرگتر شدن حباب ها و چسبندگی قوی تر، فوق اشباع اکسیژن افزایش می یابد. حباب های چسبنده مانع از دسترسی H$_2$O$_2$ به سطح Pd می شوند و سرعت واکنش را کاهش می دهند. بر اساس ایزوترم جذب لانگمویر، منطقه تحت پوشش حباب با گذشت زمان افزایش می یابد. حداکثر پوشش 80-90 درصد سطح است.

نرخ کمی تجزیه به عنوان تابعی از زمان

آزمایش کنترل شده در 0.2% H2O2 در 60 درجه روی تیتانیوم درجه 7، نرخ های زیر را از تکامل اکسیژن با زمان نشان داده است. سرعت تکامل O2 2-5 میلی لیتر بر سانتی متر مربع در ساعت و فعالیت کاتالیزوری نسبی 100٪ در 0.5 ساعت است. در 2 ساعت، میزان به 1.5-3 میلی لیتر / cm2·h کاهش می یابد و فعالیت 70٪ است. پس از 6 ساعت میزان آن 1-2 میلی لیتر بر سانتی متر مربع است و فعالیت 50 درصد است. فعالیت 30% و میزان 0.5 تا 1.5 میلی لیتر در سانتی متر^2·h در 12 ساعت. فعالیت 20% 0.3-1 mL/cm2h در 24 ساعت 0.2-0.8 mL/cm2 ساعت در 48 ساعت. فعالیت 15 درصد است. پس از 100 ساعت، سطح نرخ به 0.1 تا 0.5 میلی لیتر بر سانتی متر مربع · ساعت و فعالیت به 10 درصد کاهش می یابد.

اثر غلظت و دما H2O2 بر غیرفعال سازی.

نرخ غیرفعال سازی تحت تأثیر محتوای H2O2 و دما است. نرخ اولیه در 0.1% H 2 O 2 و 60 درجه 1-3 mL/cm 2 ·h است، میزان پس از 24 ساعت 0.2-0.6 mL/cm 2 ·h و ضریب غیرفعال سازی 5 است. سرعت شروع 2-5 میلی لیتر / cm2·h در 0.2 درصد H2O3 0-1 و سرعت 6-0 H2O3 است. mL/cm2·h و ضریب غیرفعال‌سازی 5 است. نرخ اولیه در 0.5% H2O2 و 60 درجه 5-10 mL/cm²·h است، نرخ بعد از 24 ساعت 0.8-2 میلی‌لیتر بر سانتی‌متر مربع· ساعت و ضریب 5 است. نرخ اولیه 1-2 mL/cm2·h است. · ساعت و فاکتور 5 در 0.2% H2O2 و 40 درجه است. نرخ شروع در 0.2% H2O2 و 80 درجه 5-10 mL/cm2·h است، سرعت 24 ساعت 1-2 mL/cm2·h است، و ضریب 5 است. مقدار غیرفعال سازی ثابت 5 نشان می دهد که پوشش حباب مکانیسم اصلی است.

رهنمودهایی برای فعالیت کاتالیزوری محلول های H2O2

توصیه هایی برای مدیریت هیترهای تیتانیوم درجه 7 در محلول های پراکسید هیدروژن بر اساس پایداری مطلوب H 2 O 2 در جدول 1 خلاصه شده است.

پایداری H2O2 مورد نیاز عمل توصیه شده فعالیت کاتالیزوری نظری پس از 24 ساعت. یادداشت ها
زیاد (تجزیه کمتر) استفاده از درجه 2 (بدون Pd) 0% (بدون کاتالیزور Pd)- بدون تجزیه کاتالیزوری
متوسط ​​(تعدادی خرابی مشکلی ندارد) درجه 7 - غیرفعال کردن طبیعی 20% مجاز است به جز برای بیشتر استفاده ها
گاهی اوقات فعالیت زیاد سطح بخاری - پاک کردن یا آبکشی به حالت کامل باز می‌گردد نیاز به دسترسی به بخاری
فعالیت بالا به طور مداوم افزودن تثبیت کننده اسید فسفریک (0.1%) 50% (ممانعت شده) تجزیه تا 50% کاهش می یابد
بخاری با پایداری بالاPTFE{0}}روکش دار 0% بدون تماس فلز با H2O2 فراتر از مهندسی غیرفعال سازی کاتالیزوری

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. افزودن 0.1% اسید فسفریک یا سدیم سدیم، تخریب کاتالیزوری را تا 50% کاهش می دهد. پاک کردن مکانیکی یا تمیز کردن اولتراسونیک فعالیت کاتالیزوری درجه 7 را بازیابی می کند.

ایجاد مشخصات آگاهانه

استفاده از تیتانیوم درجه 2 به جای درجه 7 برای محلول پراکسید هیدروژن 0.2% در دمای 60 درجه که پایداری H2O2 مورد نظر است. اگر درجه 7 نصب شده است و مشکلی در تجزیه وجود دارد، اسید فسفریک 0.1٪ را به عنوان تثبیت کننده اضافه کنید یا از درجه 2 به جای بخاری استفاده کنید. برای موقعیت هایی که تجزیه H 2 O 2 مورد نظر است (مثلاً تصفیه زباله) اولویت به درجه 7 داده می شود. در مواردی که فعالیت کاتالیزوری بالا در فواصل زمانی مورد نیاز است، برای از بین بردن حباب های اکسیژن، یک بخاری درجه 7 با دستگاه تمیز کننده سفارش دهید. مهندس می داند که چگونه حباب های اکسیژن کاتالیزور پالادیوم را تخریب می کند و درجه تیتانیوم مناسب را برای سرویس H2O2 انتخاب می کند.