Предлагаемое изобретение относится к неорганической химии, а именно, к новым производным витлокитоподобных фосфатов, которые могут быть использованы в качестве материалов для очистки газовых смесей от водорода, общей формулы I
Ca19Cu2(PO4)14.
Известно, что при эксплуатации АЭС в реакторе происходит накопление водорода, что создает взрывоопасную газовую смесь. Предлагаемое соединение I может быть использовано для очистки от водорода газовой смеси, образующейся в реакциях гидрирования и дегидрирования на химических производствах.
Известен двойной фосфат Cu0.5Zr2(PO4)3 (II) который может поглощать водород из газовых смесей [1] Недостатком этого соединения является его способность поглощать водород в узком температурном интервале (400 - 500oC).
Известен двойной фосфат Ca9Fe(PO4)7 (III), используя который можно многократно проводить очистку газовых смесей от водорода в широком температурном интервале [2] . Однако в присутствии соединения III, независимо от температуры и концентрации водорода в газовой смеси, равновесие между водородом, поглощенным соединением III и оставшимся в газовой смеси, устанавливается в течение 12 минут эксперимента.
Задачей изобретения является создание нового материала, способного проводить очистку газовых смесей от водорода в более широком интервале температур без изменения его структуры при неоднократном использовании, то есть с возможной его регенерацией. Предлагаемый материал - двойной фосфат Ca19Cu2(PO4)14. Соединение I получено твердофазным синтезом по известному способу [3].
Синтез соединения I происходит по следующей реакции:
19 β-Ca3(PO4)2 + 2Cu3(PO4)2 = 3Ca19Cu2(PO4)14.
Пример 1. В алундовый тигель помещали смесь 9.3 г (0.03 моль) Ca3(PO4)2 и 11.42 г (0.03 моль) Cu3(PO4)2. Реакционную смесь отжигали в муфельной печи при 700 - 900oC в течение 50 - 90 часов. Состав образующегося материала контролировали при помощи рентгенофазового анализа. При этом на рентгенограмме обнаружены только линии, характеризующие витлокитоподобную структуру. Параметры элементарной ячейки а = 10.3625(2) c = 37,242(1) V = 3463(2) уточнены методом наименьших квадратов.
Результаты элементного анализа соединения I, вес.%:
Оксид СаО
Найдено 48,0
Вычислено 47,99
Оксид CuO
Найдено 7.0
Вычислено 7.17
Оксид P2O5
Найдено 45.0
Вычислено 44.84
Эффект поглощения водорода соединением I определен по количеству поглощенного водорода на специально созданной установке в интервале температур 450 - 900oC и начальной концентрации водорода в газовой смеси, равной 17%. Анализируемая газовая смесь состояла из двух компонентов - аргона и водорода.
Пример 2. Приготовление образцов. Соединение I тщательно перетирали в агатовой ступке, взвешивали и помещали в виде порошка в кварцевую лодочку.
Пример 3. Изучение условий поглощения водорода соединением I проводили на специально созданной установке, рабочими частями которой были трубчатый кварцевый реактор, водяной манометр, печь сопротивления и блок управления и поддержки температурного режима печи. Кварцевую лодочку с исследуемым порошкообразным образцом определенной массы помещали в горячую зону реактора. Температуру контролировали Pt/Pt-Rh термопарой с точностью до ± 0.5oC. Образец нагревали в токе аргона при определенной температуре в течение 30 минут. Затем в реактор вводили рассчитанное количество водорода. В герметичной системе при помощи манометра контролировали изменения объема в зависимости от времени. Результаты исследований представлены в таблице.
Как видно из таблицы, поглощение водорода соединением I при переходе от 450oC к 500oC и затем к 550oC увеличивается в 1.4 и 1.7 раза, соответственно. Необходимо отметить, что, независимо от температуры, через 35 часов наступает равновесие между водородом, поглощенным образцом и оставшимся в газовой смеси. Аналогичная закономерность наблюдается в интервале температур 550o - 900oC. Установлено, что при введении в реактор 40 мл водорода (CO = 17.09%) соединение I очищает газовую смесь от водорода при 450o до 10.3%; при 500oC - до 8%; при 550oC - до 6.4%.
Сравнивая соединения I и III по количеству поглощенного водорода, например, при 550oC, оказалось, что за время эксперимента объем поглощенного водорода образцом соединения I увеличивается в 3,5 раза, в то время как объем водорода, поглощенного образцом соединения III, увеличивается только в 2 раза. Кроме того, в случае соединения I поглощение водорода образцом происходит в течение 35 часов, а в случае соединения III равновесие между водородом, поглощенным образцом и оставшимся в газовой смеси, устанавливается в течение 12 минут независимо от температуры и начальной концентрации водорода в газовой смеси. Таким образом, при использовании соединения I достигается более полная очистка газовой смеси от водорода, чем в случае соединения III.
В таблице показана зависимость поглощения водорода (в об.%) от времени при 450, 550 и 550oC.
Пример 4. Изучение реакции восстановления Cu(II) до Cu(I) и Cu(0) в исследуемых образцах методами ИК-спектроскопии и диффузного отражения. Поскольку при восстановлении соединения I образуются Ca19Cu0 2H4(PO4)14 и Ca19Cu2H2(PO4)14, то содержание водорода контролировали по ИК- и спектрам диффузного отражения. В ИК-спектрах полосы поглощения OH-группы свидетельствуют о вхождении протона в кристаллическую решетку. Спектры диффузного отражения исходного и восстановленных образцов имеют существенные различия в области 550-720 нм. Кроме того, образцы при восстановлении Cu(II) до Cu(I) имеют черную окраску, а при восстановлении до Cu(0) - бордовую окраску. Анализ спектральных данных позволяет оценить степень восстановления Cu(II) по образующимся продуктам реакции восстановления.
Пример 5. Изучение окислительно-восстановительных реакций в исследуемых образцах рентгенографическими методами анализа.
Рентгенографическими методами анализа установлено, что в интервале температур 450-900oC окислительно-восстановительные реакции реализуются без разрушения кристаллической решетки. Исследуемые образцы соединения I подвергались 40-кратному циклу реакций окисления-восстановления, при этом их кристаллическое состояние не изменилось.
Получено новое соединение, которое проявляет высокую эффективность при очистке газовых смесей от водорода в температурном интервале 450-900oC. При температуре выше 700oC на воздухе окисление приводит к полной регенерации отработанного образца, что позволяет многократно использовать новое соединение для очистки газовых смесей от водорода.
Литература
1. G.Le Polles, A.El.Jazouli, R.Olazuaga, J.M.Dance, G.Le Flem, P.Hagenmuller, Mat.Ress.Bull.-1987, v. 22, p. 1171-1177.
2. Патент РФ N 2081820, 12.01.95.
3. Лазоряк Б.И., Оралков С.Ю., Голубев В.Н, Жданова А.Н. Ж. неорг. хим., 1989, т. 34, N 7, 1714-1721.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ДВОЙНЫЕ ФОСФАТЫ CaFe(PO) (0<x≅1 В КАЧЕСТВЕ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ ОТ ВОДОРОДА | 1995 |
|
RU2081820C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОТОНСОДЕРЖАЩИХ ДВОЙНЫХ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ С ЖЕЛЕЗОМ CaFeH(PO) И МЕДЬЮ СаCuH(PO) | 2001 |
|
RU2229436C2 |
АКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ КВАНТОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ | 1995 |
|
RU2086063C1 |
СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРОФОРМА И ХЛОРИРОВАННОГО В БОКОВУЮ ЦЕПЬ АРОМАТИЧЕСКОГО УГЛЕВОДОРОДА | 1995 |
|
RU2076855C1 |
СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА | 1996 |
|
RU2097314C1 |
КОМБИНИРОВАННАЯ ПАРОГАЗОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА | 1993 |
|
RU2050443C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРПРОИЗВОДНЫХ ФУЛЛЕРЕНОВ | 1999 |
|
RU2157336C1 |
СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО ПРОТОЧНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ В РАСТВОРАХ | 1993 |
|
RU2076322C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА (III) И АЛЮМИНИЯ (III) В КИСЛЫХ РАСТВОРАХ | 1993 |
|
RU2043629C1 |
СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА | 1993 |
|
RU2048865C1 |
Предлагается новое производное витлокитоподобных фосфатов, которое может быть использовано в качестве материала для очистки газовых смесей от водорода. Получено новое соединение, которое проявляет высокую эффективность при очистке газовых смесей от водорода в температурном интервале 450 - 900oC. Показано, что окисление на воздухе при температуре выше 700oC приводит к полной регенерации восстановленного образца. Это позволяет многократно использовать новое соединение для счистки газовых смесей от водорода. 1 табл.
Двойной фосфат кальция общей формулы Ca19Cu2(PO4)14 в качестве материала для очистки газовых смесей от водорода.
ДВОЙНЫЕ ФОСФАТЫ CaFe(PO) (0<x≅1 В КАЧЕСТВЕ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ ОТ ВОДОРОДА | 1995 |
|
RU2081820C1 |
Лазоряк Б.И | |||
и др | |||
Ж | |||
неорг | |||
химии | |||
Механизм для сообщения поршню рабочего цилиндра возвратно-поступательного движения | 1918 |
|
SU1989A1 |
G | |||
Le Polles, Mat | |||
Ress | |||
Bull | |||
Кузнечная нефтяная печь с форсункой | 1917 |
|
SU1987A1 |
Авторы
Даты
1999-05-10—Публикация
1998-04-16—Подача