活性炭在化学工业上的应用——活性炭催化剂浸渍液的制备

发布时间:2016-11-23 17:56:14 浏览次数:2280 文章来源:威尼斯虑材网络部 作者:威尼斯虑材小编

活性炭在化学工业上的应用——活性炭催化剂浸渍液的制备

在活性炭催化剂中真切起作用的活性组分为氧化铜(CuO)、氧化铬(CrO3)和氧化银(Ag2O),它们均为固体物质,不能直接加到活性炭的孔中,需将它们制备成浸渍液,然后浸到活性炭上。

1. 铜氨溶液的制备

制备铜氨溶液按下面的化学反应制取:

 

将紫铜车屑进行火烧去油污,加到25%-27%的氨水中,铜与氨水的比例为0.12gCu1mL(氨水)。将氨水的温度提高35-45℃,并通入CO2和少量的空气,鼓泡搅拌反应物,直到铜屑完全溶解生成铜氨配合物。在制备碳酸铜氨溶液时用工业氨水就可以,不要不适当的提高氨水浓度,否则很容易产生副反应,生成无用的碳酸铵:

 

碳酸铜氨在碳酸铵溶液中溶解度很小,很容易结晶出来;氨水浓度太低,则铜的溶解速度太慢。同样,应当确定合适的二氧化碳和空气的通入量,二氧化碳量大时,生成碳酸铵的副反应速度增加;通入量小反应速度慢。反应温度应控制在35-45℃,温度过高,氨蒸发量增加;低了反应速度慢。

2. 含铬溶液的配制

将三氧化铬(CrO3)配制成铬酸铵溶液。反应物的用量比例接下式计算:

 

一份质量的二氧化铬(纯度99.5%以上)溶于两份体积的水和一份体积的氨水中。铬酸易于沉淀,故现用现配。操作时先将需要的氨水和水混合,然后放入铬酸酐。

3. 含银溶液的配制

将银制成硝酸银氨溶液。硝酸银和氢氧化铵的用量比例和反应按下式进行:

4. 浸渍液的配制

按一定的比例将上述三种溶液混合制成浸渍液。如果炭中催化剂的金属含量铜10%、铬3%、银0.1%,则任意质量的炭所需要的各种溶液的体积为:

 

5. 三种溶液按计算混合,若不能将炭全部浸湿可加入氨水补充

三种溶液加到一起,将会产生下面一些反应:

 

6. 浸渍

对于催化剂的浸渍方法有两种:

1)将混合液倒入被浸渍的炭中,搅拌均匀;

2)用喷浸法,将配好的浸渍液用喷淋器喷洒到活性炭上,并要喷洒均匀,不能有未被喷湿的颗粒。

这两种浸渍法的效果没有太大的区别。

7. 放置

浸渍好的一般放置6h以上,让浸渍液渗透到炭的孔中。被浸渍的组分主要沉积在活性炭的中孔中,很难进入微孔,这可能是表面张力的原因。

8. 煅烧

煅烧实际上是一个热分解过程,碳酸铜氨、铬酸铵和硝酸银氨在热处理过程中进行分解,生成金属的氧化物。煅烧温度一般不要超过150℃,以防止局部过热起火。在煅烧过程中有下面一些反应:

 

在制备浸渍炭时,铬酸铵溶液要现用现配,原因是铬酸铵溶液放置时间太长会逐渐变成重铬酸铵(NH4)2Cr2O7,而成红色:

 

由于(NH4)2CrO4(NH4)2Cr2O7在热分解时生成的氧化物可能完全不同,所以,要现配现用。

9. 浸渍炭吸着砷化氢、氰氢酸和氯化氰的机理

1)对砷化氢的脱除,主要是对砷化氢催化氧化生成As2O3,催化剂主要是银的作用,但由于有铜和铬的存在,而增长了银的催化作用。

2)氯化氰的脱除,主要是六价铬与铜对氯化氰起催化水解作用。首先是ClCN被炭催化剂吸附,然后进行催化水解:

 

氯化氰催化水解生成物除CO2外,HClNH3都继续反应生成固体产物,固着在炭催化剂上。

3)氰氢酸的脱除,主要依靠浸在炭上的氧化铜与之发生化学吸着:

 

氰氢酸反应以后的产物被固着在活性炭孔隙的表面上。

4)脱除光气是用化学吸着原理:氧化铜和光气发生化学反应:

 

反应后氯化钢为黑色固体粉末,固着在活性炭的表面上。

5)用ZnONaZnO2脱除砷化氢,是完全借鉴于催化原理,其催化反应如下:

 

脱除氰氢酸是借助于化学吸着原理,其反应如下:

 

脱除光气也是借助于化学吸着反应原理:

 

6)用CuSO4·5H2O脱除氨是借助化学吸着原理,其反应如下:

 

上述这些浸渍炭在工业上有着广泛的用途,特别是用在装填军用和民用防护器材方面,有着独特和不可替代作用。

 

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