Όταν μια ράβδος θερμότητας τιτανίου βαθμού 7 εκτίθεται σε διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου 0,2% στους 60 βαθμούς, πώς αλλάζει ο ρυθμός καταλυτικής αποσύνθεσης του H2O2 καθώς η επιφάνεια του παλλαδίου καλύπτεται με φυσαλίδες οξυγόνου;

Το κράμα τιτανίου κατηγορίας 7 περιέχει 0,12-0,25% παλλάδιο, το οποίο είναι ένας καλός καταλύτης για την αποσύνθεση του υπεροξειδίου του υδρογόνου: 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2 . Ο αρχικός ρυθμός αποσύνθεσης στους 60 βαθμούς είναι υψηλός, έτσι ώστε οι φυσαλίδες του παλλαίου να κολλάνε στην επιφάνεια και να κολλάνε πλούσιες σε οξυγόνο. Οι φυσαλίδες αναπτύσσονται και αποφράσσουν ενεργές ενζυμικές θέσεις, με αποτέλεσμα τη μείωση του ρυθμού διάσπασης κατά 50-80% εντός 24 ωρών. Η παθητικοποίηση της επιφάνειας του παλλαδίου από φυσαλίδες οξυγόνου είναι αναστρέψιμη μετά τον καθαρισμό. Αυτό το φαινόμενο είναι σχετικό σε καταστάσεις όπου είναι επιθυμητό να συγκρατηθεί το υπεροξείδιο του υδρογόνου ή όπου η έκλυση οξυγόνου μπορεί να προκαλέσει προβλήματα στη διαδικασία.

Ο μηχανισμός του παλλαδίου-καταλύει την αποσύνθεση και την παθητικοποίηση φυσαλίδων

Η διάσπαση του υπεροξειδίου του υδρογόνου καταλύεται από μια ριζική διαδικασία σε επιφάνειες παλλαδίου. Η αντίδραση παράγει αέριο οξυγόνο, το οποίο πυρηνώνεται στην επιφάνεια για να σχηματίσει φυσαλίδες. Πρώτον, οι μικρές φυσαλίδες ξεκολλάνε εύκολα. Ο υπερκορεσμός οξυγόνου αυξάνεται καθώς η διαδικασία προχωρά και οι φυσαλίδες γίνονται μεγαλύτερες και προσκολλώνται πιο έντονα. Οι κολλητικές φυσαλίδες εμποδίζουν την πρόσβαση του H$_2$O$_2$ στην επιφάνεια του Pd και επιβραδύνουν τον ρυθμό αντίδρασης. Η περιοχή που καλύπτεται από τη φυσαλίδα αυξάνεται με το χρόνο σύμφωνα με μια ισόθερμη προσρόφησης Langmuir. Η μέγιστη κάλυψη είναι 80-90% της επιφάνειας.

Ποσοτικός Ρυθμός Αποσύνθεσης ως Συνάρτηση του Χρόνου

Η ελεγχόμενη δοκιμή σε 0,2% H2O2 στους 60 βαθμούς σε τιτάνιο Βαθμού 7 έδειξε τους ακόλουθους ρυθμούς έκλυσης οξυγόνου με το χρόνο. Ο ρυθμός έκλυσης Ο2 είναι 2-5 mL ανά cm2 ανά ώρα και η σχετική καταλυτική δραστηριότητα είναι 100% στις 0,5 ώρες. Στις 2 ώρες, ο ρυθμός μειώνεται σε 1,5–3 mL/cm2·h και η δραστηριότητα είναι 70%. Μετά από 6 ώρες ο ρυθμός είναι 1-2 mL/cm2.h και η δραστικότητα είναι 50%. Δραστηριότητα 30% και ρυθμός 0,5 έως 1,5 mL/cm^2·h στις 12 ώρες. Δραστηριότητα 20% 0,3-1 mL/cm2h στις 24 ώρες 0,2-0,8 mL/cm2 h στις 48 ώρες. Η δραστηριότητα είναι 15%. Μετά από 100 ώρες, τα επίπεδα του ρυθμού μειώνονται από 0,1 έως 0,5 mL/cm²·h και η δραστηριότητα στο 10 %

Επίδραση της συγκέντρωσης και της θερμοκρασίας H2O2 στην Απενεργοποίηση.

Ο ρυθμός απενεργοποίησης επηρεάζεται από την περιεκτικότητα σε H2O2 και τη θερμοκρασία. Ο αρχικός ρυθμός σε 0,1% H 2 O 2 και 60 μοίρες είναι 1-3 mL/cm 2 ·h, ο ρυθμός μετά από 24 ώρες είναι 0,2-0,6 mL/cm 2 ·h και ο συντελεστής απενεργοποίησης είναι 5. Ο ρυθμός έναρξης είναι 2-5 mL/cm2·h σε 0,2% H2O3 3-0 και ο ρυθμός 6 H2O3 είναι 6 mL/cm2·h και ο συντελεστής απενεργοποίησης είναι 5. Ο αρχικός ρυθμός σε 0,5% H2O2 και 60 μοίρες είναι 5–10 mL/cm²·h, ο ρυθμός μετά από 24 ώρες είναι 0,8–2 mL/cm²·h και ο συντελεστής είναι 5. Ο αρχικός ρυθμός είναι 1-2 mL/cm2·h. ·h και ο συντελεστής είναι 5 σε 0,2% H2O2 και 40 μοίρες. Ο ρυθμός εκκίνησης σε 0,2% H2O2 και 80 μοίρες είναι 5–10 mL/cm2·h, ο ρυθμός 24 ωρών είναι 1–2 mL/cm2·h και ο συντελεστής είναι 5. Η τιμή της 5× σταθερής απενεργοποίησης υποδηλώνει ότι η κάλυψη φυσαλίδων είναι ο κύριος μηχανισμός.

Οδηγίες για την Καταλυτική Δραστηριότητα Διαλυμάτων H2O2

Οι συστάσεις για τη διαχείριση των θερμαντήρων τιτανίου 7 βαθμού σε διαλύματα υπεροξειδίου του υδρογόνου με βάση την επιθυμητή σταθερότητα H 2 O 2 συνοψίζονται στον Πίνακα 1.

Απαιτείται σταθερότητα H2O2 Συνιστώμενη δράση Θεωρητική καταλυτική δραστηριότητα μετά από 24 ώρες. Σημειώσεις
Υψηλή (χαμηλότερη αποσύνθεση) Χρήση Βαθμού 2 (χωρίς Pd) 0% (χωρίς καταλύτη Pd)- Χωρίς καταλυτική αποσύνθεση
Μέτρια (κάποια ανάλυση είναι εντάξει) Βαθμός 7 – επιτρέπεται η φυσική απενεργοποίηση 20% Εκτός από τις περισσότερες χρήσεις
Μερικές φορές υψηλή δραστηριότηταΕπιφάνεια θερμαντήρα - Σκουπίστε ή ξεβγάλτε Επαναφέρει στο πλήρες Χρειάζεται πρόσβαση στη συσκευή θέρμανσης
Υψηλή δραστηριότητα συνεχώς Προσθήκη σταθεροποιητή φωσφορικού οξέος (0,1%) 50% (αναστολή) Μειώνει την αποσύνθεση κατά 50%
Υψηλή σταθερότηταPTFE-με επίστρωση θερμαντήρα 0% Χωρίς μέταλλο σε επαφή με H2O2 Beyond Catalytic Deactivation Engineering

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. Η προσθήκη 0,1% φωσφορικού οξέος ή κασσιτερικού νατρίου μειώνει την καταλυτική αποικοδόμηση κατά 50%. Το μηχανικό σκούπισμα ή ο καθαρισμός με υπερήχους θα αποκαταστήσει την καταλυτική δραστηριότητα του Βαθμού 7.

Ενημερωμένη δημιουργία προδιαγραφών

Χρήση τιτανίου Βαθμού 2 αντί του Βαθμού 7 για διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου 0,2% στους 60 βαθμούς όπου είναι επιθυμητή η σταθερότητα του H2O2. Εάν έχει εγκατασταθεί Grade 7 και υπάρχει πρόβλημα με την αποσύνθεση, προσθέστε 0,1% φωσφορικό οξύ ως σταθεροποιητή ή χρησιμοποιήστε Grade 2 στη θέση του θερμαντήρα. Προτιμάται ο Βαθμός 7 για καταστάσεις όπου είναι επιθυμητή η διάσπαση του H 2 O 2 (π.χ. επεξεργασία αποβλήτων). Όπου απαιτείται υψηλή καταλυτική δραστηριότητα κατά διαστήματα, παραγγείλετε μια θερμάστρα 7 βαθμού με συσκευή καθαρισμού για την εξάλειψη των φυσαλίδων οξυγόνου. Ο μηχανικός γνωρίζει πώς οι φυσαλίδες οξυγόνου καταστρέφουν τον καταλύτη παλλαδίου και επιλέγει την κατάλληλη ποιότητα τιτανίου για την υπηρεσία H2O2.