Способ приготовления гидрофобизированного платинового катализатора для сжигания водорода Советский патент 1992 года по МПК B01J37/02 B01J23/54 

Изобретение относится к каталитическому сжиганию водорода для предотвращения накопления его в помещениях до взрывоопасных концентраций в условиях различных нежелательных процессов с выделением водорода. К таким процессам могут относить взаимодействие воды с металлами (например, при аварии на АЭС), заряд аккумуляторных батарей, радиолиз водных растворов и другие.

Смесь водорода с кислородом воздуха является каталитически активной и может быть превращена в воду на катализаторах, в состав которых обычно входит пластина и(или) металлы платиновой группы. В качестве основы (носителя платины) используют

силикагель, оксид кремния, графит, оксид алюминия и другие.«

Известен гидрофобизированныИ катализатор, отличающийся от обычногоййлати- нового повышенными водоотталкивающими свойствами и способностью сохранять работоспособность во влажной реде и даже при периодическом контакте с фазой воды (затоплении, выпадении конденсата, брызгах).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовлениягидрофобизированногокатализатора (ГК-1), где основой служит стержень из пористой у-А120з, активной компонентой, платиновая чернь, распределенная в верхних слоях пористой массы

2

-Ч Ј

О

окисла алюминия, водооталкивающим покрытием - пленка фторопласта-4.

Известный способ включает пропитку стержня раствором HaPtCle и подсушивание на воздухе на первом этапе, прокаливание в токе водорода при 320°С в течение часа на втором этапе и гидрофобизацию - обработку стабилизированной суспензией фторопласта-4 на третьем, В отличие от стандартного платинового катализатора гидрофобизировамный катализатор способен функционировать во влажной среде и после непосредственного контакта с водой.

Однако с помощью известного способа можно приготовить далеко не идеальный катализатор для влажных условий; гидрофо- бизированный катализатор реагирует на намокание, временно ухудшая свою работу, для прототипа (ГК-1) выход из состояния угнетения водой характеризуется временем порядка часа (часов), в зависимости от времени намокания. Кроме того, известный катализатор характеризуется взрывоопасностью процесса восстановления платины в токе водорода. -Изготовление катализаторов ГК-1 в промышленных условиях соответственно требует специального оборудования и помещений, целого комплекса мер по поддержанию безопасности. В итоге, технология изготовления ГК-1 многостадийна, энерго и трудоемка.

Цель изобретения - получение катализатора с повышенной активностью.

Поставленная цель достигается способом приготовления гидрофобизированного платинового катализатора для сжигания водорода, включающим пропитку стержня из оксида алюминия раствором тшатинохлори- стоводородной кислоты, обработку стабилизированной суспензией фторопласта, сушку и прокаливание на воздухе.

Отличительными признаками предложенного способа являются исключение операции восстановления, изменение последовательности операций и изменение условий прокаливания. Таким образом, получение дисперсности платины на основе пористого оксида алюминия и гидрофобизацию ведут в одну стадию. Роль восстановителя для платинохлористоводородной кислоты и ее солей выполняет компонент стабилизированной суспензии флоропла- ста ОП-7 и(или) продукты его разложения во время прокаливания. При этом полученная платиновая чернь распределяется в зоне, в 5-10 раз более узкой, чем в образцах ГК-1. что связано со способностью катализатора реактивироваться после намокания.

8 то же в ремя известно, что способность быстро реактивироваться обусловлена сохранением тепла от реакции гремучего газа. Чем меньше потери тепла внутрь катализатора по теплопроводной осажденной в порах платине, тем в большей степени оно

(это тепло реакции) расходуется на испарение из пор катализатора и освобождения их для подвода гремучего газа. Предложенный способ изготовления гидрофобизированно- го катализатора(ГК-5) дает большую локали0 зацию на поверхности зоны осаждения платины, что способствует созданию более адиабатических условий сжигания водорода. Это достигнуто благодаря организации интенсивной диффузии платины изнутри

5 пористого носителя на поверхность за счет малоподвижного восстановителя ОП-7 и того, что образуется при его разложении во время прокаливания. 8 итоге, зона платиновой черни в ПС-5 сосредоточена на глубину

,1-0,2 мм по сравнению с 1 мм в ГК-1. Сравнение характеристик работы катализаторов ГК-1 и ГК-5, проведенное ниже (в примере) для одних и тех же условий испытаний, показало преимущество по5 следнего,

Кроме повышения качества катализатора (улучшение характеристик его работы во влажных условиях, в том числе и после контакта с водой) существенно упрощена технология из0 готовления ПК. Предложенный способ изготовления исключает стадию восстановления платины и позволяет обезопасить процесс получения гидрофобизированного катализатора.

5 Пример1. Предлагаемый способ изготовления гидрофибизированного катализатора по упрощенной технологии реализован следующим образом.

В качестве основы катализатора ГК-5

0 (также, как и для ГК-1) используют цилиндрические стержни у -АЬЮз с удельной поверхностью 100 м2/г, диаметром 6 мм, длиной 60 мм и осевым каналом 1 мм. Стержни пропитывают в водном растворе

5 HjPtCte при перемешивании до полного истощения раствора. Концентрацию исходного раствора задают такой, чтобы содержание платины на каждом стержне было не менее 0,01 г. Контроль за содержа0 нием платины в растворе осуществляют по- лярографически.

Пропитанные стержни из реактора переносят непосредственно в суспензию гид- рофобизатора (стабилизированную

5 суспензию порошка фторопласта-4). С этого момента все операции ведут в соответствии с регламентом изготовления гидрофобизированного катализатора ГК-1, т.е. выдерживают стержни в стабилизированной суспензии фторопласта в течение 7-8 мин,

подсушивают на воздухе и прокаливают также на воздухе в течение 10 мин при температуре спекания фторопласта 320°С. Так получают первый слой гидрофобной пленки, Перед нанесением каждого из последу- 5 ющих трех слоев - катализаторы обрабатывают водой.

Изготовленные образцы катализатора ГК-5 испытывают на способность восстанавливать первоначальную активность после их 1- минутного 10 намокания в воде. Испытания проводят в тех же условиях .что были названы для ГК-1. В проточной установке на вход в реактор подают газовуюсмесь из азота it 3 об. % гремучего газа (2Й2 + ОД насыщенную до 100 относительной влаж- 15 носто приводе а на выходе регистрируют процент несгоревшего гремучего газа. По возвращении образца катализатора после намокания в реактор активность его временно падает, а на регистрируемой самописцем зависимости про- 20 цент несгоревшего гремучего газа - время отмечают максимальную величину этого процента (параметр Амакс) и количество несгоревшего газа (в мл) за час. что соответствует интегралу под кривой за это же время, 25 параметр S. Чем лучше качество платиновой черни и выше водоотталкивание , тем меньше Амакс и S, наоборот. Данная графоаналитическая методика использована как в изобретении, так и в прототипе, что дает 30 возможность сравнить результаты испытаний для ГК-1 (прототип) и ГК-5 (значения параметров А макс и S для ГК-1 вычислены из приведенных в прототипе графиков).

Согласно прототипу, сухой ГК-1 во влажной атмосфере не сжигает весь водород - стационарное значение Ас составляет 0.1- 0.2%, ГК-5 в аналогичных условиях сжигает водород полностью Ас в 0.

Результаты испытаний образцов ГК-1 и ГК-5 после намокания представлены в таблице.

Примеры 2, 3. Приготовление катализатора осуществляют как в примере 1, только время намокания для примера 2 составляет 5 мин. а для примера 3 -15.

Результаты испытаний сведены в таблицуФормул а изобретения

Способ приготовления гидрофобией- рованного платинового катализатора для сжигания водорода, включающий пропитку стержней из оксида алюминия раствором платинохлористоводородной кислоты, сушку, обработку стабилизированной суспензией фторопласта и лрокаливание, отличающийся тем. что, с целью получения катализатора с повышенной активностью, после пропитки стержня его обрабатывают стабилизированной суспензией фторопласта, затем сушат и прокаливание ведут на воздухе.

Сущность изобретения: продукт катализатор - платина на гйдрофобизированном у АЬОз. Область использования :для сжигания водорода. Катализатор готовят пропиткой стержней из оксида алюминия платинохлористоводородной кислотой, сушкой, пропиткой стабилизированной суспензией фторопласта-4, сушкой и прокаливанием на воздухе. Характеристика: катализатор повышенной активности. 1 табл. N- &