Получение катализаторов в виде тонкослойных наноструктурированных покрытий металлических и керамических носителей (стр. 1 )

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

______________________________________

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)»

___________________________________________________________

Образовательная программа повышения квалификации

для специалистов предприятий

наноиндустрии химического и биотехнологического профиля в области

автоматизированных производственных нанотехнологий

Кафедра общей химической технологии и катализа

, ,

Под редакцией

Получение катализаторов

В ВИДЕ ТОНКОСЛОЙНЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И КЕРАМИЧЕСКИХ НОСИТЕЛЕЙ

Методические указания

к лабораторным работам

Санкт-Петербург

2012

УДК 544.478

Мальцева катализаторов в виде тонкослойных наноструктурированных покрытий металлических и керамических носителей: методические указания к лабораторным работам / , , . Под ред. - СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2012. - 63 с.

В методических указаниях рассматривается способ получения катализаторов окисления водорода, оксида углерода, состоящих из активного компонента, нанесенного на пористую оксидную матрицу, сформированную в виде тонкослойного покрытия первичных металлических или керамических носителей – блочных сотовой структуры или пластинчатых. Приведена обширная теоретическая база для освоения практического материала.

Методические указания предназначены для слушателей, обучающихся по программе повышения квалификации для специалистов предприятий наноиндустрии химического и биотехнологического профиля в области автоматизированных производственных нанотехнологий, проходящих обучение в рамках профессионального модуля 3 образовательной программы в области наноструктурированных каталитических материалов «Современные технологии синтеза, анализа и автоматизированного управления производством наноструктурированных каталитических материалов» и с освоением слушателями следующей профессиональной компетенции:

ПК-1 Разрабатывать ТП для синтеза и перенастройки производств ХБНМ заданного класса

Ил. 5, табл. 3, формул 19 , библиогр. наим. 7.

Рецензент: , канд. хим. наук, доцент кафедры

химической нанотехнологии материалов

и изделий электронной техники СПбГТИ (ТУ)

Утверждены на заседании учебно-методической комиссии факультета технологии неорганических веществ и материалов

Рекомендованы к изданию РИСо СПбГТИ (ТУ).

Предисловие

Образовательная программа (ОП) построена по функциональному назначению предприятий-заказчиков и по профилю выпускаемой ими продукции. В соответствии со спектром потенциальных предприятий-заказчиков ОП включает 8 профессиональных модулей. Внутренняя структура модулей построена по компетентностному принципу: профессиональные компетенции (ПК), формируемые в процессе обучения по каждому из модулей, предназначены для специалистов с различными должностными обязанностями и с разной квалификацией.

Таким образом, руководители профильных предприятий, руководители кадровых агентств, заинтересованные в участии в программе повышения квалификации, а также каждый конкретный специалист (работник предприятия-заказчика) имеют возможность самостоятельно сформировать образовательную траекторию для повышения квалификации, выбрав для освоения все предлагаемые компетенции или некоторые из них в соответствии с имеющимся квалификационным дефицитом. Обучение проходит по индивидуальным учебным планам. По результатам обучения слушатель, выполнивший все контрольные мероприятия и защитивший выпускную квалификационную работу, получает удостоверение о повышении квалификации.

Данный инструментарий придает программе гибкость (см. «Структура методического обеспечения»), позволяющую обеспечить выбор объекта изучения для определенного контингента слушателей – специалисты, инженеры, инженеры-технологи, бакалавры, магистры, относящиеся к управленческому, производственному и исследовательскому персоналу предприятий наноиндустрии (производственные директора, начальники цехов, инженеры-технологи, операторы процессов, диспетчеры, механики по обслуживанию КИП и автоматики, инженеры по качеству, исследователи и др.).

Программа повышения квалификации рассчитана на 275 часов, включая 120 часов аудиторной работы (лекции, практические занятия и лабораторные работы), 23 часа консультаций преподавателей, 22 часа контрольных мероприятий, 69 часов самостоятельной работы, 20 часов на производственную практику и 20 часов на подготовку итоговой квалификационной работы.

Структура методического обеспечения

Содержание

Введение. 4

1 Общие сведения. 6

1.1 Блочные и пластинчатые катализаторы. 6

Направления разработок катализаторов окисления водорода для ПКРВ.. 6

1.2 Получение вторичных носителей катализаторов - тонкослойных оксидных матриц 8

1.3 Реология дисперсных систем. 11

1.4 Покрывные суспензии. Структурообразование и реология. 16

1.5 Технологические стадии процесса изготовления блочных и пластинчатых катализаторов с применением суспензионного способа формирования вторичного носителя. 21

2 Лабораторные работы «Получение катализаторов в виде тонкослойных покрытий, металлических и керамических носителей». 28

2.1 Цель работ. 29

2.2 Объекты исследования. 29

2.3 Задачи исследования. 30

2.4 Методики, используемые при выполнении работы.. 31

2.5 Порядок выполнения работ лабораторного практикума. 41

2.6 Оформление результатов работы.. 43

3 Темы рефератов. 44

4 Вопросы для тестирования. 45

Литература. 60

ПРИЛОЖЕНИЕ.. 61

Введение

Эффективная работа катализаторов и сорбентов в промышленных установках зависит не только от физико-химических свойств применяемых контактов. Во многом она определяется их геометрической формой, существенно влияющей на характер процессов массо - и теплообмена в слое, а также на его газодинамическое сопротивление. Оптимизация режима протекания каталитических и сорбционных процессов (за счет применения катализаторов и сорбентов в наиболее выгодной форме) позволяет существенно повысить экономичность производства как за счет увеличения степени превращения, а значит, степени использования сырья, так и за счет уменьшения массы загружаемых контактов и снижения газодинамического сопротивления их слоя. В этом отношении с лучшей стороны зарекомендовали себя катализаторы в виде блоков сотовой структуры и пластин. Они образуют для прохождения потока реагентов продольные каналы с развитой геометрической поверхностью высокодисперсного пористого тела – катализатора или сорбента. Несомненное преимущество блочных и пластинчатых форм проявляется в условиях высоких скоростей перерабатываемых газовых потоков (например, реакторы денитрификации отходящих газов энергоблоков, каталитические нейтрализаторы выхлопных газов автотранспорта). Другим ярким примером является использование катализаторов в виде пластин в контактных аппаратах для удаления водорода из атмосферы производственных помещений, в которых возможно его внезапное поступление. Каталитический метод в такой реализации на сегодня признан наиболее надёжным и дешевым для обеспечения водородобезопасности объектов атомной энергетики.

Сущность метода заключается в организации каталитического (беспламенного) горения водорода, т. е. окисления его до безопасного соединения – воды. В качестве катализаторов используются металлы платиновой группы, нанесённые в диспергированном виде на инертный носитель. Контактные аппараты с такими катализаторами, называемые пассивными каталитическими рекомбинаторами водорода (ПКРВ), устроены так, что развитие реакции и тепловыделение способствует появлению тяги и просасыванию воздуха с водородом через кассеты с катализатором, расположенные на входе в нижней части корпуса ПКРВ. Конструкция кассеты позволяет извлекать катализатор для проведения проверок.

Поскольку продвижение потока очищаемой среды через реакционный объем осуществляется за счет тепловой тяги, то крайне важным для обеспечения условий эффективной очистки, особенно в начальный период, является пониженное газодинамическое сопротивление кассеты с катализатором. Использование в таких случаях катализатора в виде пластин или блоков сотовой структуры, образующих продольные каналы для хода газа, обеспечивает:

·  высокую долю свободного сечения реакционной камеры – от 70 до 90 %, т. е. низкое аэродинамическое сопротивление проходящему потоку;

·  развитую геометрическую контактную поверхность – от 200 до 900 м2/дм3 реакционного объема, т. е. высокую степень использования каталитических контактов.

В данных методических указаниях рассматривается способ получения катализаторов окисления водорода, оксида углерода, состоящих из нанодисперсного активного компонента, нанесенного на пористую наноструктурированную оксидную матрицу, сформированную в виде тонкослойного покрытия первичных металлических или керамических носителей – блочных сотовой структуры или пластинчатых. В задачи предлагаемых методических указаний входят знакомство студентов с навыками синтеза тонкослойных оксидных покрытий суспензионным методом, изучение влияния состава, реологических характеристик покрывных суспензий и условий формирования из них вторичного носителя на металлической и керамической поверхности, а также условий нанесения активного компонента - на структурно-прочностные свойства и активность блочных и пластинчатых катализаторов. Приведена обширная теоретическая база для освоения представленного практического материала.

1 Общие сведения

1.1  Блочные и пластинчатые катализаторы.

Направления разработок катализаторов окисления водорода для ПКРВ

Анализ результатов патентного поиска (2001-2008 годы, страны – Россия, Германия, США) катализаторов низкотемпературного окисления водорода для систем газоочистки при обеспечении безопасности объектов ядерной энергетики свидетельствует о наличии трех тенденций в разработке и применении катализаторов для ПКРВ.