Способ приготовления фотокатализатора для получения водорода Советский патент 1992 года по МПК B01J37/02 B01J27/04 

Изобретение относится к способам приготовления фотокатализаторов для фотокаталитического получения молекулярного водорода и может быть использовано в энергетической промышленности.

Целью изобретения является получение катализатора с повышенной активностью за счет исппьзования новых добавок при определенных параметрах процесса.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1. 2,5 г промышленного сульфида кадмия марки для полупроводников, предварительно растертого в агатовой ступке, помещают в 10 мл бензольного раствора анилина (0,093 г анилина, концентрация 0.1 моль/л), находящегося в конической колбе емкостью 50 мл. снабженной магнитной мешалкой. Отношение анилин: сульфид кадмия 37,3 мг/г. Затем при перемешивании суспензии и пропускании аргона через раствор к суспензии прибавляют по каплям с помощью делительной воронки 10 мл 0.25 М раствора хлорида железа (III) (0.68 г РеСЬ БНаО, отношение хлорид железа (III): сульфид кадмия 160 мг/r). После этого суспензию перемешивают 2 ч. далее отфильтровывают осадок, промывают его во- доЛ и дихлорэтаном и сушат на воздухе при комнатной температуре. В результате этих операций получают гетерогенный фотокатализатор желто-зеленого цвета.

Ј

«ю

«ft {Ь

Примеры 2-5. Гетерогенный фотша- талиэатор готовят по примеру 1, однако варьируют концентрацию хлорида железа (II) а водном растворе, а именно 0.5; 0.75; 1,0; 1,25 моль/л. При этом отношение хлорида железа (HI) и сульфида кадмия составляет 324, 480, 648 и 808 мг/г соответственно.

Далее приготовленные по примерам 1-5 фотокатализаторы испытывают в процессе фотокаталитического получения молекулярного водорода из водно-спиртовых сред в присутствии медиатора электрона - метил- виологена и катализатора выделения водорода - платины, причем содержание компонентов о композиции (CdS-СНзОН- MB2 -Pt-H20) соотаетствует оптимальному, описанному в прототипе. Результаты испытаний фотокатализаторов, приготовленных по примерам 1-5, приведены в примерах 6-10 и в табл. 1.

Пример 6. 0,06 г гетерогенного фотокатализатора, приготовленного по примеру 1. вносят в сферический стеклянный сосуд диаметром 3 см. снабженный магнитной мешалкой и краном. Затем в сосуд до- бапляют 10 мл смеси метанола с водой (соотношение по объему 1:1) и метилвиоло- ген в концентрации моль/л. Далее прибавляют по каплям 0,1 мл 1 М водного раствора соляной кислоты для доведения pl-l ° 2 и вносят платиновую сетку площадью 1 см . После этого суспензию дегазируют с помощью форвакуумного насоса в течение 1 мин и облучают при перемешивании светом ртутной лампы высокого давления ДРШ-1000 ( им, комбинация светофильтров ЖС-12 и СС-5): Количество образовавшегося водорода определяют методом газовой хроматографии (хроматограф ЛХМ-8МД). Интенсивность падающего на композицию света измеряют ферриокса- латным актинометром: квантовый выход образования водорода определяют в условиях стационарного режима фотореакции, который достигается через 30 мин после начала облучения. Интенсивность падающего на композицию света 1,44-10 Эйншт./ч. Квантовый выход образования водорода 13%.

Примеры 7-10. Испытание фотока- тализатороо, приготовленных по примерам 2-5, проводят, как в примере 6. Полученные результаты испытания и состав используемых композиций приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, при использовании гетерогенного фотокатализатора - сульфида кадмия, обработанного постоянным количеством анилина и переменным количеством хлорида железа (III), в фотокаталитическом процессе получения водорода достигается выход молекулярного водорода

56-60% при обработке сульфида кадмия бензольным раствором анилина (0,1 моль/л, отношение анилин: сульфид кадмия- 37.2 мг/г) и водным раствором хлорида железа (HI) с концентрацией 0,50-1.0 моль/л и

соотношением хлорида железа (III) и сульфида кадмия 324-648 мг/г. Увеличение содержания хлорида железа (III) в растворе более 1,0 моль/л, а также уменьшение его содержаиия менее 0.5 моль/л приводит к

получению фотокатализатора - сульфида кадмия, обладающего меньшей активностью в процессе выделения водорода из указанной выше композиции.

Таким образом, необходимым и достаточным количеством хлорида железа (III) в растворе (при обработке сульфида кадмия анилином и FeCIa) является его содержание в пределах 0,50-1.0 моль/л при соотношении FeCla/CdS. равном 324-648 мг/л.

Примеры 11-16. Приготовление гетерогенного фотокатализатора - сульфида кадмия, обработанного постоянным оптимальным количеством хлорида железа (Hi) и переменным количеством анилина.

Гетерогенный фотокатализатор готовят по примеру 1. но варьируют концентрацию анилина в бензольном растворе при постоянном содержании хлорида железа (III) в водном растворе ( С FeCu 0,75 моль/л,

FeCto/CdS 480 мг/г), а именно концентрация анилина составляет 0,025; 0,050, 0,075, 0,1, 0,125 и 0 150 моль/л при отношении анилина и сульфида кадмия, равном 9,2. 18.8.28.0.37.2.46,4,56,0 мг/г соответственно.

Пример 17. Гетерогенный фотокатализатор готовят по примеру 1. но CdS обра- батывают только бензольным раствором анилина (концентрация анилина 0.1 моль/л, отношение анилин: сульфид кадмия 37.2 мг/г). Пример 18. Гетерогенный фотокатализатор готовят по примеру 1. но CdS батывают только водным раствором хлорида железа (III) (концентрация хлорида

железа (III) 0.75 моль/л, отношение хлорид железа (III): сульфид кадмия 480 мг/г.

Примеры 19-26. Приготовленные по примерам 11-18 гетерогенные фотокатализаторы на основе сульфида кадмия испыты5 вают в процессе фотокаталитиче ского получения водорода, как в примере 6. Результаты испытания фотокатализаторов, приготовленных по примерам 11-18, приведены в табл. 2.

Как видно из табл, 2, при использовании гетерогенного фотокатвлизатора - сульфида кадмия, обработанного постоянным количеством хлорида железа (III) и переменным количеством анилина, в фото- каталитическом процессе получения водорода достигается выход молекулярного водорода 54-60% при обработке сульфида кадмия бензольным раствором анилина с концентрацией 0.075-0,125 моль/л и отно- шением анилин: сульфид кадмия 28,0- 46,4 мг/г и водным раствором хлорида железа (III) (0,75 моль/л, соотношение FeCla/CdS 480 мг/r). Увеличение содержания анилина в растворе более 0.125 моль/л, а также уменьшение его содержания менее 9,075 моль/л приводит к получению фотокатализатора - сульфида кадмия, обладающего меньшей активностью в процессе выделения водорода из указанной выше композиции.

Таким образом, необходимым и достаточным количеством анилина в растворе при обработке сульфида кадмия анилином и хлоридом же/Теза (III) является содержа- ние анилина в пределах 0,075-0,125 моль/л при отношении анилин / CdS, равном 28.0- 46.4 мг/г.

Кроме того, как следует из табл. 2. активность сульфида кадмия в процессе фото- каталитического получения водорода существенно увеличивается и достигает 54- 60% только при сочетании совместного действия анилина и хлорида железа (Ш) на сульфид кадмия, тогда как обработка CdS только анилином (пример 25) или только хлоридом железа (III) (пример 26) приводит к получению малоэффективных фотоката л и- эаторов.

Таким образом, не основании данных табл. 1 и 2 следует, что необходимыми и достаточными количествами анилина в бензольном растворе и хлорида железа (И1) в

водном растворе при обработке сульфида кадмия являются следующие значения реагентов:

Анилин0,075-0,125 моль/л

Отношение анилин: сульфид кадмия28.0-46,4 мг/г

Хлорид железа0.5-1,0 моль/л

Отношение хлорид железа (HI)/ сульфид кадмия324-648 мг/г. В табл. 3 дано сопоставление результатов испытания активности гетерогенных фотокатализаторов на основе сульфида кадмия, приготовленных предложенным и известными способами, а фотокаталитическом процессе получения молекулярного водорода из водно-метанольных сред, содержащих метилвиологен и платину.

Как видно из табл. 3, фотокатализаторы, приготовпенные предложенным способом., проявляют в идентичных условиях активность в 2-3 раза выше, чем приготовленные известными способами, и имеют стабильную активность в реакции выделения водо- рода в течение 50 ч.

Формула изобретения Способ приготовления фотокатализатб- ра для получения водорода на основе сульфида кадмия, включающий его обработку растворами, содержащими активирующие дс5авки. с последующими фильтрованием и сушкой, отличающийся тем, что. с целью получения катализатора с повышенной активностью, в качестве активирующих добавок используют анилин и хлорид железа (HI), обработку ведут в бензольном растворе анилина концентрацией 0,075-0.125 моль/л и затем водным раствором хлориде железа (HI) концентрацией 0,5-1.0 моль/л при отношении анилин/сульфид кадмия 28,0-46.4 мг/г и хлорид железа (И 1)/сульфид кадмия 324-648 мг/г.

Вяяяк е соотношения Ps 7CdS| на зкп-шноеть фотокатадгязатарз

Изобретение касается каталитической химии, в частности приготовления фотокатализатора для получения водорода, что может быть использовано в энергетике. Цель - повышение активности катализаторе. Для этого последний готовят обработкой сульфида кадмия растворами с активированными добавками - анилина и РоСЬ. Причем обработку ведут сначала бензольным раствором анилина концентрацией 0.075 - 0,125 моль/л, а затем водным раствором FeCto. содержащим 0.5 - моль/л, при отношении анилина и сульфида кадмия 28.0- -, 46.4 мг/r. а РвС1з и сульфида кадмия 324 - 648мг/г. Затем каталитическую массу фильтруют и сушат. Эти условия повышают активность катализатора в 2-3 раза при стабильности его активности в течение 50 ч. 3 табл. S 1Л С

Таблица 2

испытания активности гетерогенных фотокатэлмзатсрст, подготовленных по примерам 11-18, в процессе фо окатзлиг ческого получений молекулярного водорода

Остальное -эода.

сг tr

Зависимость активности фотоквталиаатор от спосовв прмготомвни

Т 6Яиц Э