Кінетика процесу окислення монооксиду вуглецю на оксидно-марганцевому каталізаторі на основі цеоліту

Автор(и)

  • О.І. Іваненко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна Автор
  • А.І. Трипольський Інститут фізичної хімії ім. Л. В. Писаржевського НАН України, Київ, Україна Автор
  • М.Д. Гомеля Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна Автор
  • В.М. Радовенчик Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна Автор
  • Т.А. Оверченко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна Автор

DOI:

https://doi.org/10.33271/crpnmu/62.126

Ключові слова:

монооксид вуглецю, каталізатор, окислення, діоксид марганцю, цеоліт, кліноптилоліт, кінетика

Анотація

Мета. Вивчення кінетики процесу каталітичного окислення монооксиду вуглецю киснем повітря та визначення його лімітуючої стадії. Методика досліджень. Експериментальне дослідження реакції окислення монооксиду вуглецю з використанням металооксидних каталізаторів молекулярним киснем проводили в створеній проточній установці при атмосферному тиску. Каталітичну активність зразків в реакції окислення монооксиду вуглецю характеризували конверсією СО до СО2 і питомою швидкістю протікання реакції. Результати. Встановлено, що при окисленні монооксиду вуглецю молекулярним киснем за атмосферного тиску в інтервалі температур 200-500 °С кінетика процесу окислення описується рівнянням першого порядку, а реакція на оксидно-марганцевому каталізаторі перебігає у внутрішньо-дифузійному режимі. Розраховано кінетичні параметри процесу, ефективну та істинну константи швидкості, енергії активації та передекспоненційниймножник, які можуть бути використані для подальшого розрахунку каталітичного реактора. Показано, що транспорт молекул монооксиду вуглецю всередині гранул каталізатора протікає в кнудсеновському режимі, а реакція не лімітується дифузією монооксиду вуглецю з газового потоку до зовнішньої поверхні каталізатора. Наукова новизна полягає в отриманні кінетичного опису процесу каталітичного окислення моноoксиду вуглецю киснем повітря на оксидно-марганцевому каталізаторі на основі цеоліту. Практична значимість. Розраховані кінетичні параметри вказаного процесу дозволяють провести розрахунок каталітичного реактора окислення СО. Вищезазначене технічне рішення створить умови для трансферу отриманої технології на екологічно небезпечні об’єкти критичної інфраструктури, наприклад, підприємства металургійної промисловості.

Посилання

Петров, А. Ю., & Синицин, С. А. (2014). Каталитическая детоксикация дымовых газов в нефтеперерабатывающей промышленности. Технология нефти и газа, 2(91), 18–23

Karvatskii, A., Lazariev, T., Leleka, S., Mikulionok, I., & Ivanenko, O. (2020). Determination of parameters of the carbon-containing materials gasification processin the rotary kiln cooler drum . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies , 4/8(106), 65–76. http://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210767

Лелека, С. В., Панов, Є. М., Карвацький, А. Я., Васильченко, Г. М., Мікульонок, І. О., Борщик, С. О., & Вагін, А. В. (2020). Розробка енергоефективних та екологічно безпечних футерівок і теплоізоляції печей електродного виробництва. Энерготехнологии и ресурсосбережение , (3), 21–34. https://doi.org/10.33070/etars.3.2020.02

Курсов, С. В. (2015). Монооксид углерода: физиологическое значение и токсикология. Медицина неотложных состояний , 6(69), 9–16

Пармон, В. Н. (2000). Каталитические технологии будущего для возобновляемой и нетрадиционной енергетики. Химия в интересах устойчивого развития , 8(4), 555–565

Patel, D. M., Kodgire, P., & Dwivedi, A. H. (2020). Low temperature oxidation of carbon monoxide for heat recuperation: A green approach for energy production and a catalytic review. Journal of Cleaner Production , 245 , 118838. http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118838

Nishihata, Y., Mizuki, J., Akao, T., Tanaka , H., Uenishi , M., Kimura , M., Okamoto , T., & Hamada , N. (2002). Self-regeneration of a Pd-perovskite catalyst for automotive emissions control. Nature . (418). 164–167. https://doi.org/10.1038/nature00893

Schubert, M. M., Hackenberg, S., Van Veen, A. C., Muhler, M., Plzak, V., &Behm, J. (2001). CO oxidation over supported gold catalysts – “Inert” and “active” support materials and their role for the oxygen supply during reaction. Journal of Catalysis , (1). 113–122. https://doi.org/10.1006/jcat.2000.3069

Panov, Ye., Gomelia, N., Ivanenko, O., Vahin, A., &Leleka, S. (2019). Estimation of the еffect of temperature, the concentration of oxygen and catalysts on the oxidation of the thermoanthracite carbon material. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies , 2/6(98),43–50. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.162474

Choi, K.-H., Lee, D.-H., Kim, H.-S., Yoon, Y.-C., Park, C.-S., &Kim, Y. H. (2016). Reaction Characteristics of Precious-Metal-Free Ternary Mn–Cu–M (M=Ce, Co, Cr, and Fe) Oxide Catalysts for Low-Temperature CO Oxidation. Industrial & Engineering Chemistry Research , 55(16), 4443–4450. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5b04985

Rakitskaya, T. L., Kiose, T. A., Vasylechko, V. O., Volkova, V. Ya.,& Gryshchouk, G. V. (2011). Adsorption-desorption properties of clinoptilolites and the catalytic activity of surface Cu(II)–Pd(II) complexes in the reaction of carbon monoxide oxidation with oxygen. Chemistry of metals and alloys , 4(3–4), 213–218. https://doi.org/10.30970/cma4.0186

Korablev, V. V, Chechevichkin, A. V, Boricheva, I. K., & Samonin, V. V. (2017). Structure and morphological properties of clinoptilolite modified by manganese dioxide. St. Petersburg Polytechnical University Journal: Physics and Mathematics , 3 (1), 63–70. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.spjpm.2017.03.001

Борщ, В. Н., Пугачева, Е. В., &Жук, С. Я.(2008).Многокомпонентные металлические катализаторы глубокого окисления СО и углеводородов. Доклады Академии Наук , 419 (6), 775–777

Golodet͡s, G. I. (1983). Heterogeneous catalytic reactions involving molecular oxygen. https://doi.org/10.1002/bbpc.19840880523

Крылов, О. В. (1976). Катализ неметаллами .Химия

Zaki,M. I.,Hasan,M. A.,Pasupulety,L.,&Kumari,K.(1997). Thermochemistry of manganese oxides in reactive gas atmospheres: Probing redox compositions in the decomposition course MnO 2 →MnO. Thermochimica Acta ,(2), 171–181. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(97)00258-X

Han,Y. F.,Chen,F.,Zhong,Z.,Ramesh,K.,Chen,L.,&Widjaja,E.(2006). Controlled Synthesis, Characterization, and Catalytic Properties of Mn 2 O 3 and Mn 3 O 4 Nanoparticles Supported on Mesoporous Silica SBA-15. Journal of Physical Chemistry B , 110 (48), 24450-24456. https://doi.org/10.1021/jp064941v

Iablokov, V., Frey, K., Geszti, O.,& Kruse, N. (2010). High Catalytic Activity in CO Oxidation over MnO x Nanocrystals. Catalysis Letters , 134(3-4), 210-216. https://doi.org/10.1007/s10562-009-0244-0

Ramesh, K., Chen, L., Chen, F., Liu, Y., Wang, Z.,& Han, Y. (2008). Re-investigating the CO oxidation mechanism over unsupported MnO, Mn 2 O 3 and MnO 2 catalysts. Catalysis Today, 131(1-4), 477-482. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2007.10.061

Wang,L.-C.,Liu,Q.,Huang,X.-S.,Liu,Y.-M.,Cao,Y.,& Fan,K.-N.(2009).Gold nanoparticles supported on manganese oxides for low-temperature CO oxidation. Applied Catalysis B: Environmental , 88(1-2), 204-212. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2008.09.031

Stobbe, E. R., De Boer, B. A., &Geus, J. W. (1999). The reduction and oxidation behaviour of manganese oxides. Catalysis Today , 47(1-4), 161-167. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(98)00296-X

Боресков, Г. К. (1988). Гетерогенный катализ . Наука

Centi, G., Arena, G. E., & Perathoner, S. (2003). Nanostructured catalysts for NO x storage-reduction and N 2 O decomposition. Journal of Catalysis, (216), 443–454. https://doi.org/10.1016/S0021-9517(02)00072-6

Wang K., &Zhong P. A. (2010). Kinetic study of Co oxidation over the perovskite-like oxide LaSrNiО 4 . Journal of the Serbian Chemical Society , (2),249–258. https://doi.org/10.2298/JSC1002249W

Савельев, И. В.(1970). Курс общей физики. Том 1. Механика, колебания и волны, молекулярная физика. Издание 4-е, переработанное . Издательство «Наука»

Мікульонок, І. О. (2014). Механічні, гідромеханічні і масообмінні процеси та обладнання хімічної технології . НТУУ «КПІ»

Завантаження

Опубліковано

2020-01-01

Номер

№ 62 (2020)

Розділ

Статті

Ліцензія

All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.

Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.