На головну

Приготування і дослідження зразків каталізаторів

Як покривний суспензії був обраний зразок 50% ZrO2-50% Al2O3 pH = 3 ? = 1.2. Отримання зразків каталізатора проводилося для композитів як у вигляді гранул, так і для тонкошарових покриттів на пластинах плоских і гофрованих. Компонуванням останніх передбачалося сформувати елемент мікроканальних реактора.

Як попередника каталитически активного компонента, внесеного безпосередньо в суспензію, використані:

-нікель вуглекислий (II) основний водний NiCO3* MNi (OH)2* nH2O, вміст нікелю в якому в перерахунку на NiO становить 45% мас.

-нікель азотнокислий, гексогідрат Ni (NO3)2.6H2O

Були отримані по три зразка гранульованого і пластинчастого каталізатора, приготовані різним способами внесення активного компонента:

-Внесення в вихідну суспензію NiCO3 * mNi (OH) 2 * nH2O;

-Внесення в вихідну суспензію Ni (NO3)2* 6H2O;

-пропітка сценарий гранул розчином Ni (NO3)2* 6H2O.

Кількість внесеного в суспензію карбонату нікелю було розраховано, виходячи із заданого змісту в готовому каталізаторі 7% мас. NiO. Внесений в суспензію порошок карбонату був попередньо був подрібнений в кульової млині протягом 24 годин до переважаючого радіусу частинок 1,4 мкм. Після внесення порошкаNiCO3* MNi (OH)2* nH2O в суспензію отримана композиція гомогенізований в барабані з тілами, що мелють при швидкості обертання 4200 об / ч протягом 0,5 год. При цьому коректувалося значення рН до 3,0 додаванням азотної кислоти.

Кількість внесеного в суспензію гексогідрата розраховувалося, виходячи з даних по твердому залишку Al2O3; таким чином в каталізаторі зміст NiO склало також 7%. Гексогідрат Ni (NO3)2* 6H2O - зелені кристали триклинной сингонії. Температура плавлення 54 ° С; (Щільність 2,04 г / см3; C0p 462,3 Дж / моль * К)

При нагріванні гідрати нікелю нітрату спочатку частково дегидратируются, вище 150 ° С розкладаються з утворенням гідроксосолей змінного складу, кінцевий продукт розкладання-NiOx; в довідковій літературі [29] вказується температура розкладання нітрату нікелю до NiO - вище 500 С.

Нанесення приготованих суспензій, що містять солі нікелю, на пластини проводили аналогічно формуванню оксидних алюмоцірконіевих покриттів за наступними багаторазовим операціями: -нанесення суспензії -центріфугірованіе -сушка при зазначених вище умовах.

Після нанесення заданого кількості композиції зразки пластин при термообробці при 600 С.

Результати дослідження властивостей зразків покриттів і гранул каталізатора, отриманих з синтезованих суспензій, наведені в таблиці 5.

При використанні в якості первинного носія гофрованих пластин в порівнянні з плоскими формується за інших рівних умов шар меншої товщини, що пов'язано зі збільшенням в гофрованих каналах (в порівнянні з плоскими) центобежного зусилля, що видаляє надлишки суспензії при центрифугуванні. При цьому для даної суспензії за одну операцію нанесення збільшення маси в середньому становить 1,5 / 2,1% мас. (Гофрована / плоска) при введенні карбонату нікелю і 1,4 / 1,9% мас. (Гофрована / плоска) - нітрату нікелю.

Величини механічної міцності покриття пластин і гранул, а також питомої поверхні зразків каталізаторів, отриманих при використанні в якості з'єднань попередників- нітрату або карбонату нікелю, при інших рівних умовах (введення їх до складу суспензії, зміст NiO - 7% мас.) Практично не відрізняються один від одного і свідчать про їх розвиненою пористій структурі і досить високої міцності.

Таблиця 5 - Властивості зразків каталізаторів у вигляді пластин і гранул

 покриття  гранули
 зразок носія  суспензія  Оксидне покриття,% мас.  Нанесення за один шар,% мас. Пстирання ,% Sуд, м2/ г  Міцність на роздавлювання, МПа
 по торця  пообразующей
 NiCO3 * mNi (OH)2* nH2O
 гофровані  pH = 3? = 1,2г / см3  10,4  1,5      9,6  3,9
 плоскі  14,9  2,1  
 Ni (NO3)2* 6H2O
 гофровані  pH = 3? = 1,2г / см3  10,5  1,4      8,4  5,0
 плоскі    1.9  
                 

На малюнку 12 представлені мікрофотографії зразків плоских пластин з тонкошаровим покриттям з каталізатора, отриманих введенням в покривні суспензію а) карбонату нікелю і б) нітрату нікелю з однаковим змістом активного компонента (прожарювання при 600 С - 7% мас. NiO). Зовнішній вигляд пластин з 7-кратним збільшенням показав їх схожість і достатню рівномірність, відсутність видимих ??тріщин і розривів, сколів. Видно, що покриття сформоване з тонкодисперсних частинок мікронних розмірів.

 а) б)


 Малюнок 12- Мікрофотографія зразків пластин з нанесеним NiCO3 * mNi (OH)2* nH2O і Ni (NO3)2* 6H2O

У таблиці 7 наведені результати оцінки властивостей зразків каталізатора, отриманих у вигляді покриття на плоских і гофрованих пластинах методом нанесення раніше сформованого оксидного покриття з надлишку розчину нітрату нікелю з подальшим прожарюванням при 600 С.

Таблиця 6 Властивості зразка каталізатора, отриманого предметом просочення пластин

 зразок  pH  ?, г / см3  Оксидне покриття,% мас. Пстирання, До про-просочення,%  Вологоємність пластин,  просочення% Пстирання після просочення,%
 гофровані  2,0  1,2  11,5  0,55
 2,0  1,2  0,41
 плоскі  2,0  1,2  17,5  0,40
 0,40

Дані таблиці 6 узгоджуються з раніше наведеними результатами про те, при однакових умовах на плоских пластинах формується шар більшої товщини, мало відрізняється від шару на гофрованих пластинах за показниками механічної міцності. Примітно, що після занурення зразків у розчин нітрату нікелю і подальшого прожарювання міцність покриття не змінюється і становить (83-90)% мас. у гофрованих зразків і (78-82)% мас. у плоских.

Менші значення міцності на стирання - у пластин з більшою товщиною оксидного покриття - як у гофрованих, так і у плоских пластин.

Зразки каталізатора таблиці 6, отримані нанесенням з надлишку розчину, містять NiO в кількості, більшій розрахункового по їх вологоємності, що свідчить про сорбції активного компонента на поверхні пір оксидного композиту.

Малюнок 13 - Залежність значень ефективної в'язкості від прикладеної навантаження для суспензій з внесеними карбонатом і нітрату

нікелю

Вид реологічних кривих (рисунок 13, 14) також практично однаковий у суспензій з різними сполуками-попередниками NiO, що узгоджується з близькістю показників формування шарів і їх міцністю.

Малюнок 14 - Криві течії для суспензій, що містять

карбонат нікелю і нітрату нікелю в кількості, еквівалентній 7% NiO

Гранули отвержденной суспензії Al2O3-ZrO2 просочували розчином Ni (NO)3* 6H2O так, щоб вміст у готовому каталізаторі також становило 7% NiO. Для отримання точної кількості внесеного нітрату нікелю був проведений розрахунок по вологоємності гранул з вихідної суспензії. Так, на 5 см3 гранульованого каталізатора необхідно 3,8 г солі Ni (NO)3* 6H2O.

Просочені гранули були термооброблені при температурах: - 100 0З 2 ч, - 300 0З 2 ч, - 600 0З 2 ч.

3.7 Випробування зразків каталізаторів в реакції окислення СО і Н2

Синтезовані зразки каталізаторів призначені для процесу конверсії вуглеводнів і отримання водородсодержащего газу. Для підтвердження перспективності їх застосування в цільовому процесі і вибору оптимальних умов формування у вигляді мікросруктурірованного елемента каталітичного реактора була проведена порівняльна оцінка їх каталітичної активності в модельних реакціях окислення оксиду вуглецю і водню. Технологічна операція відновлення NiO в Ni не проводилася; часткове відновлення оксиду нікелю в зразках каталізатора відбувалося при окисленні ними СО, після чого відповідний зразок відчували в реакції окислення водню.

Результати визначення ступеня окислення СО і Н2 отриманими зразками каталізатора представлені на малюнках 15 і 16, відповідно.

Малюнок 15- Залежність ступенів перетворення від температури для зразків каталізатора в реакції окислення СО

Найбільш активним (з досліджені) каталізатором, що працюють при більш низьких температурах, є каталізатор, отриманий методом просочування гранул Ni (NO)3* 6H2O. Температура початку його роботи становить 2650З, далі при підвищенні температури ступінь перетворення каталізатора різко зростає таким чином, що при досягненні температури 3300З ступінь перетворення становить вже 96%.

На відміну від каталізатора, отриманого методом просочування, зразки з активним компонентом, введеним в суспензію, починають працювати лише при температурі від 300-320 0З і досягають високого ступеня перетворення лише при підвищених температурах (500 0С). Причому, каталізатор, отриманий внесенням в суспензію Ni (NO)3, При максимальних (в умовах випробувань 500С) температурах досягає ступеня перетворення лише 69%.

Зразок каталізатора з суспензії з карбонатом нікелю, починаючи ефективно працювати, як і зразок з нітратом нікелю, лише вище 300С, відрізняється від останнього більш різким підвищенням активності в області температур вище 400С і «демонструє» тенденцію до досягнення ступеня перетворення, близькому до 100%.

Малюнок 16 - Залежність ступенів перетворення від температури для зразків каталізатор в реакції окислення Н2.

Реакція окислення водню також показала найбільшу реакційну здатність каталізатора, отриманого методом просочування Ni (NO)3* 6H2O. При температурі 300 0З ступінь перетворення становить 97%. Отвердний зразок, отриманий внесенням в суспензію Ni (NO)3* 6H2O також починає працювати при 100 0С, але не тільки не досягає показників Х, близьких до 100%, але і не «прагне» до них. Причиною, мабуть, є взаємодія нітрату нікелю з алюмогідроксідной складової суспензії, що протікає при термообробці композиції.

Каталізатор з введенням до складу NiCO3 * mNi (OH)2* NH2O починає окисляти водень при значно більш високих температурах (до 400 С), що не є кращим для проведення даної реакції, проте не виключає перспективність застосування даного каталізатора в високотемпературних процесах, наприклад, конверсії вуглеводнів, що реалізовується при температру близько 800 С.



Вплив тривалості подрібнення на властивості покривних суспензій | Результати ІК і РФА

Методика формування тонкошарового оксидного покриття на пластинчастих носіях | Властивості покривних суспензій | Визначення дисперсності порошку | Структурно-міцності оксидних композитів | Рентгенофазовий аналіз синтезованих зразків | ІК-спектроскопія зразків оксидних композитів | Дослідження зразків каталізаторів в реакції окислення СО | Дослідження зразків каталізаторів в реакції окислення водню | Дослідження впливу умов механохімічного синтезу на властивості покривних суспензій | Вибір умов отримання базових покривних суспензій |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати