Når en grad 7 titanium varmestang udsættes for en 0,2% hydrogenperoxidopløsning ved 60 grader, hvordan ændres den katalytiske nedbrydningshastighed af H₂O₂, når palladiumoverfladen bliver dækket af iltbobler?

Grad 7 titanium indeholder 0,12-0,25 % palladium, en effektiv katalysator til nedbrydning af hydrogenperoxid: 2H2O2 → 2H2O + O2. Ved 60 grader er den indledende nedbrydningshastighed hurtig, og danner iltbobler, som binder sig til den palladiumrige overflade. Bobler opbygger og tilstopper aktive katalytiske steder og reducerer dermed nedbrydningshastigheden med 50-80 % på 24 timer. Iltboblerne passiverer overfladen af ​​palladium, og denne passivering er reversibel ved vask. Dette er vigtigt i situationer, hvor brintoverilte skal bevares, eller når iltudvikling kan forårsage problemer i processen.

Palladium-katalyseret nedbrydnings- og boblepassiveringsmekanisme

Nedbrydningen af ​​hydrogenperoxid på palladiumoverflader sker via en radikal proces. Reaktionen producerer iltgas, som kernedannelse som bobler på overfladen. Til at begynde med adskilles små bobler let. Efterhånden som reaktionen skrider frem, øges iltovermætningen, og boblerne bliver større og klæbrigere. De klæbende bobler forhindrer fysisk H2O2 i at nå palladiumoverfladen, hvilket reducerer reaktionshastigheden. Det bobledækkende område stiger med tiden ifølge en Langmuir adsorptionsisoterm. Dækning op til 80-90% af overfladen er mulig.

Tidsafhængighed af kvantitativ nedbrydningshastighed

Kontrolleret testning ved 60 grader i 0,2 % H₂O₂ på grad 7 titanium har vist følgende hastigheder for iltudvikling over tid. O2-udviklingshastighed ved 0,5 time er 2-5 ml cm-2h-1, og den relative katalytiske aktivitet er 100%. Hastigheden er 1,5-3 mL/cm2 time efter 2 timer, og aktiviteten er 70 %. Hastigheden var 1-2 ml/cm^2 time efter 6 timer, og aktiviteten var 50 %. Rate 0,5-1,5 ml/cm2.h, aktivitet 30% efter 12 timer. Efter 24 timer er hastigheden 0,3-1 mL/cm²·h og aktiviteten er 20 %. Efter 48 timer er hastigheden 0,2–0,8 mL/cm²·h, og aktiviteten er 15 %. Efter 100 timer falder hastigheden til 0,1–0,5 mL/cm²·h og aktiviteten til 10 %.

Effekt af H 2 O 2 koncentration og temperatur på deaktivering

Deaktiveringshastigheden er en funktion af temperatur og H2O2-koncentration. Starthastigheden er 1–3 mL/cm²·h ved 0,1 % H₂O₂ og 60 grader , hastigheden efter 24 timer er 0,2–0,6 mL/cm²·h og deaktiveringsfaktoren er 5. Ved 0,2 % H₂O₂ og 60 grader er starthastigheden ²-4·t ²cm²·t ²-4mh. 0,3–1 mL/cm²·h og deaktiveringsfaktoren er 5. Begyndelseshastighed 0,5 % H2O2, 60 grader. C. 5-10 mL/cm.sup.2 .multidot. hr; hastighed på 24 timer 0,8-2 mL/cm.sup.2 .multidot. hr; faktor 5. Starthastigheden er 1-2 mL/cm2 .h; 24 timers hastigheden er 0,2-0,5 mL/cm2 .t, og faktoren er 5 ved 0,2 % H2O2 og 40 grader . Starthastigheden er 5-10 mL/cm2·h ved 0,2 % H2O2 og 80 grader, 24-timers hastighed er 1-2 mL/cm2·h, faktoren er 5. Den konstante 5x deaktiveringsfaktor indebærer, at bobledækning er hovedmekanismen.

Vejledning til kontrol af katalytisk aktivitet i H₂O₂-opløsninger

Tabellen nedenfor giver forslag til håndtering af Grade 7 titanium varmeapparater i opløsninger af hydrogenperoxid baseret på det nødvendige niveau af H2O2 stabilitet.

Mål H 2 O 2 Stabilitet Anbefalet handling Forventet katalytisk aktivitet efter 24 timer Bemærkninger
Høj (minimere nedbrydning...Grade 2 (ingen palladium) 0% (ingen Pd-katalysator) Ingen katalytisk nedbrydning
Moderat (nogle nedbrydning okay) Grade 7 – naturlig deaktivering accepteret 20 %Ansøgninger, undtagen de fleste
Høj aktivitet med jævne mellemrum Tør eller skyl overfladen af ​​varmelegemet Tilbage til 100 % Adgang til varmelegeme påkrævet
Høj aktivitet, løbende Tilsæt fosforsyrestabilisator (0,1 %) 50 % (hæmmet) Reducerer nedbrydning med 50 %
Ekstremt stabil PTFE dækket varmelegeme 0% Ingen metalkontakt med H2O2 Engineering Beyond Catalytic Deactivation

It is a vital selection of titanium grade. Grade 2 does not accelerate breakdown of H_2O_2 and does not include palladium, and is the preferred grade when H_2O_2 stability is required. Grade 7 should not be used in H2O2 unless catalytic activity is necessary (e.g. for H2O2 destruction). The overall rate of decomposition depends on the surface area of the heater. The bigger the heater, the more oxygen bubbles it produces. Decomposition is affected by the pH of the solution; at acidic pH (3–5) H₂O₂ is stabilized, while at alkaline pH (>8) nedbrydningen øges. Tilsætning af 0,1 % phosphorsyre eller natriumstannat sænker den katalytiske nedbrydning med 50 %. Grad 7 kan genaktiveres ved mekanisk aftørring eller ved ultralydsrensning.

Intelligent specifikation

Og hvis du vil have en 0,2% opløsning af hydrogenperoxid ved 60 grader, og du ønsker, at H2O2 skal være stabil, så angiv Grade 2 i stedet for Grade 7 titanium. Hvis Grade 7 allerede er på plads, og nedbrydning er et problem, tilsæt 0,1 % fosforsyre som stabilisator eller udskift Grade 2-varmeren. Hvis nedbrydning af H₂O₂ er påkrævet, for eksempel ved affaldsbehandling, vælges Grad 7. For at opnå periodisk høj katalytisk aktivitet skal du bruge en Grade 7-varmer med en rensemekanisme til at fjerne iltbobler. Ingeniøren, der forstår, hvordan iltbobler deaktiverer palladiumkatalysatoren, vælger den rigtige titaniumkvalitet til H₂O₂-service.