Е. А. БЕЛАНОВА
Озерский технологический институт (филиал) МИФИ
Научные руководители – А. И. МАЛЫШЕВ, к. б.н., профессор,
В. Б. КОЗЛОВА, инженер-исследователь
ИЗУЧЕНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЦИРКОНИЯ В РЕАКЦИИ ДЕНИТРАЦИИ
Изучено влияние каталитических свойств циркония на реакцию денитрации в статических условиях в сравнении с уже известными свойствами платинового катализатора, импрегнированного на силикагеле (Pt/АСКГ, Pt/КСН) при различных температурных режимах.
Среди разнообразных методов денитрации, известных к настоящему времени наиболее важную роль благодаря своей эффективности, простоте и экономической целесообразности играет химическое разрушение нитратов посредством реакции с муравьиной кислотой в условиях гомогенного автокатализа. Недостатком метода является высокая вероятность неконтролируемого развития процесса.
В литературе была показана принципиальная возможность применения метода твёрдофазного катализа для денитрации азотнокислых растворов сложного солевого состава в динамическом режиме муравьиной кислотой в присутствии импрегнированной на силикагеле платине (Pt/SiO2). В связи с дороговизной платины представляет практический интерес замена её более дешёвыми катализаторами.
Целью данной работы являлась оценка принципиальной возможности применения циркония в качестве катализатора для реакции денитрации муравьиной кислотой.
Установлено, что при температуре 80оС бурное вскипание раствора с выделением бурого газа NO2 наблюдается в присутствии обоих катализаторов примерно через 3 - 5 секунд, а без них – через 20 - 30 секунд. Во всех случаях активная фаза реакции продолжалась в течение приблизительно 20 - 30 мин. После этого реакция протекает спокойнее, без вскипания, но интенсивность газовыделения не снижается.
Продолжительность индукционного периода, как в присутствии циркония, так и без него примерно одинакова при 19-23оС. Начало выделения бурого газа зафиксировали примерно через 50-60 минут. В случае же нагревания соотношение значений величин индукционного периода без катализатора и в присутствии него составляет приблизительно 6:1. Основная часть исходного продукта разрушается в первые 2-3 часа. Результаты разрушения нитрат - и формиат-ионов в присутствии циркония и платинового катализатора различаются не сильно.
Результаты изучения степени каталитического разрушения азотной кислоты муравьиной близки по своим значениям, как в присутствии разных количеств циркония, так и платины и в среднем равны 80,0 % от исходного содержания азотной кислоты. Степень разложения формиат-ионов в обоих случаях приблизительно одинакова независимо от количества добавляемых катализаторов и составляет около 89,4%.
Проверка каталитического влияния циркония и платины на разрушение азотистоводородной кислоты (АВК) из подкисленного до 0,1 моль/л по азотной кислоте содового раствора при температурах от 21 до 800С показала, что реакция разрушения АВК в присутствии циркония во всём температурном диапазоне в статических условиях протекает значительно медленнее в отличие от реакции денитрации. Температурный фактор не оказывает заметного влияния на степень разрушения АВК.
В результате проведённых исследований были сделаны следующие выводы:
- в статических условиях показана принципиальная возможность применения металлического гранулированного циркония как катализатора для реакции денитрации; каталитическая эффективность циркония практически не уступает каталитической эффективности платинового катализатора, импрегнированного на силикагеле марки АСКГ (АСКГ/Pt); продолжительность индукционного периода в присутствии металлических циркония и платины практически одинакова и составляет 50-60 минут температуре 19-220С и 35-45 при 24-25оС; результаты степени каталитического разрушения азотной кислоты муравьиной близки по своим значениям как в присутствии разных количеств циркония, так и платины и в среднем равны 80,0 % от исходного содержания азотной кислоты; реакция разрушения АВК в присутствии циркония во всём температурном диапазоне в статических условиях протекает значительно медленнее в отличие от реакции денитрации; температурный фактор не оказывает заметного влияния на степень разрушения АВК в присутствии металлического циркония; с ростом температуры от 30 до 800С среднее значение степени разрушения АВК на платине увеличивается от 11 до 35 %.
