FI68978B - Hydrofob katalyt foer rekombinatorer - Google Patents

Description

68978

Keksinnön kohteena on katalyyttimatto vedyn ja hapen, erityisesti sähköakkuja käytettäessä syntyvien kaasujen rekombinoi-miseksi, joka matto on valmistettu kyllästämällä polytetra-fluorieteenistä ja aktiivihiilestä oleva kanninaines katalyyt-tisesti aktiivisen aineksen kanssa, ja valssaamalla.

Uudenaikaisten akkujen vähähuoltoinen käyttö tulee mahdolliseksi pääasiallisesti tehokkaiden rekombinaattoreiden vaikutuksesta verrattaessa käytön aikana ja purkautuessa syntyviin vety- ja happikaasuihin nähden. Tavallisesti rekombinaattorit sijoitetaan akkukotelon kanteen ilmastusaukon yläpuolelle ja tarkoituksenmukaisesti välittömästi sulkutulppiin.

Rekombinaattorin moitteetonta toimintaa varten yksinomaan ei ole tärkeää sopivan aktiivisen aineksen, tässä yleensä palladiumin, valinta, vaan myös täytyy olla varmistettu tämän aineksen pitkäaikainen aktiviteetti. Tästä syystä myös katalyytin kantimen laadulla on ratkaiseva merkitys. Sen täytyy antaa kaasulle mahdollisimman suuri pinta eli sen täytyy olla erittäin huokoinen sekä toisaalta sen täytyy kestää tiivistyvän nesteen aiheuttamaa kostutusta. Katalyytin kantimen eräänä luonnollisena vaatimuksena on kestävyys kemiallista korroosiota vastaan.

Katalyytin kantimina voidaan käyttää sekä mineraalisia kuitu-aineita, kuten asbestia ja aktiivihiiltä. Tällöin tarvitaan erityisiä toimenpiteitä hydrofobisten ominaisuuksien antamiseksi katalyytin kantimelle. Niinpä julkaisusta GB-PS 1 471 307 on tunnettua erottaa PdCl2 liuoksella kyllästetystä aktiivihiilestä metallinen Pd hyvin hienojakoisessa muodossa hydratsiiniliuoksen vaikutuksella ja sekoittaa näin valmistettuun aktiivihiileen lisäksi polytetrafluorieteeni-jauhetta.

2 68978

Kokemuksen mukaan hydrofoboimisen pysyvyys usein voi muuten olla haluttua, kun palladiumsuolan pelkistymistä tapahtuu tunnettuun tapaan yleensä kostutusainetta sisältävässä väliaineessa, joka kostutusaine täytyy pestä pois perusteellisesti ennen aktiivihiilen jatkokäsittelyä. Tällä tavalla kostutuk-seen vaikutetaan jo ennen katalyytin varsinaista käyttöä. Yleensä jauhemaisen, ainakin hienojakeisen aineksen tarkoituksenmukainen käyttö aina on sidottu säiliöihin eikä sen vuoksi ole asennusedullinen.

Sen vuoksi tämän keksinnön tehtävänä on aikaansaada katalyytti ja menetelmä sen valmistamiseksi, jolla mainitut epäkohdat voidaan poistaa pitkälle menevästi tuotteessa.

Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaan siten, että polytetrafluorieteeni-aktiivihi ili-seoksesta on valssattu ensimmäinen matto, että matto on kyllästetty sellaisen suolan vesipitoisella liuoksella, jonka suolan pohjana on katalyytti-sesti aktiivinen metalli, että matto on tämän jälkeen tehty vedenkestäväksi ja sintrattu, ja että tämän maton kanssa on saatettu läheiseen mekaaniseen kosketukseen toinen, katalyyt-tisesti aktiivisesta aineksesta vapaa aktiivihiilimatto.

Keksinnön mukaisessa katalyytissä on kysymyksessä taipuisa kaksoiskalvo, jonka muodostaa tiivistetty PTFE-aktiivihiili-seos, jolloin molempien komponenttien määräsuhde voi vaihdella välillä 40:60 paino-% ja 10:90 paino-%, sopivimmin kuitenkin noin 25:75 paino-%.

Aktiivisen aineksen pitoisuus on 0,1 - 5 paino-%, sopivimmin 0,3 - 1 paino-%.

Keksinnön mukaan varsinaisen katalyyttimaton kanssa yhdistetty toinen aktiivihiilimatto on vapaa katalyyttisesti vaikuttavista ainesosista ja kuitenkin voi olla kyllästetty kupari-

II

3 68978 oksidilla (CuO). Tavallisesti tällä toisella matolla on sama koostumus (aktiivihiili, PTFE, jälkihydrofoboitu) kuin ensimmäisellä katalyyttisesti aktiivisella matolla. Se suojaa katalyytin lyijyakkukaasujen sisältämää, katalyytille myrkyllistä antimonivetyä (SbH3> vastaan. Toinen hiilimatto toimii samanaikaisesti diffuusiosulkuna rekombinaattoritulpan ylikuormittuessa liian suuren kaasumäärän esiintyessä, jolla rekombinaa-tioaste voi laskea jopa alle 80 %.

Myös on huomattu, että valssatut katalyytin kantimet aktiivi-hiilialustalla eivät yksinään takaa riittävää toimintavarmuutta, koska ne hehkuvat lyhyen kosketusajan jälkeen räjähdys-kaasujen kanssa, hajoavat sen johdosta ja siten voivat antaa myös aiheen räjähdykseen. Tätä vaaraa pienennetään toisella aktiivihiilimatolla, joka on valssattu ensimmäisen aktiivi-hiilimaton päälle.

Ratkaiseva vaikutus kat.alyyttimattojen laatuun ja niiden edulliseen käyttöön on keksinnön mukaisella valmistustavalla, jota selitetään seuraavassa.

10 - 40 paino-* PTFE-jauhetta, jonka keskimääräinen raekoko voi vaihdella laajoissa rajoissa 10 - 100 |im, saatetaan 90 - 60 paino-% kanssa aktiivihiiltä sekoitusprosessin alaiseksi, jossa osasia hienonnetaan voimakkaiden mekaanisten iskuvoimien vaikutuksella. Sen jälkeen seos saatetaan täry-tyksen alaiseksi ja sitten valssataan. Tärytyskäsittelyllä vaikutetaan seoksen kokkaroitumispyrkimystä vastaan ja mahdollistetaan siten hyvä valssattavuus. Tämä tärytyskäsittely voidaan suorittaa esimerkiksi tärypöydällä. Myös on mahdollista antaa seoksen kulkea tärypöydän kautta valssimyllyyn.

Sitten saatu valssausnauha vedetään 1 - 20-prosenttisen palla-diumkloridiliuoksen läpi, jolloin viipymisaika on ainakin 1 minuutti, minkä jälkeen suoritetaan kuivaus kuumalla ilmalla.

4 68978

Seuraavan keksinnölle olennaisena vaiheena on valssausnauhan pinnan jälkihydrofoboiminen noin 10-30-prosenttisella PTFE-suspensiolla joko kastamalla tai suihkuttamalla. Tällöin vaikutusajan täytyy olla alle 10 sekuntia. Lyhyt aika estää PTFE-suspension liian voimakkaan tunkeutumisen katalyytin kantimen sisään ja pinnalle liian paksun kerroksen muodostumisen, jolloin muuten syntyy se vaara, että kerros kuivattaessa repeytyy ja siten tulee tehottomaksi.

Kuitenkin oikea PTFE-annostus voi tapahtua myöskin säätämällä vastaavaa dispersioväkevyyttä.

Sen jälkeen vähän kuivattu eikä enää tahmea valesausnauha voidaan kuivata kuumailmalla tai infrapunakuumennukse11a. sitten valssausnauhassa täytyy olla sileä, suljettu, maidon-valkoinen PTFE-kerros.

Katalyyttimaton viimeisenä valmistusvaiheena on aktivoiminen, joka tapahtuu sintrauksen tapaisella prosessilla. Tässä kaavan N2

PdCl2 ____^ Pd + Cl2

360°C

mukaan palladiumkloridista muodostuu metallista palladiumia hienojakoisessa muodossa. Palladiumkloridin hieno jakautuminen aktiivihiilen suurelle pinnalle merkitsee mahdollisimman edullista lisäedellytystä tälle jakautumisprosessille.

Aktivoiminen tapahtuu esimerkiksi putkiuunissa lämpötilassa 330 - 430°C, jolloin viipymisaika kulloisenkin lämpötilan mukaan voi olla 3-30 min. Hajottamalla PdCl2 revitään hydrofoboimisen aikaansaama pinnalla oleva PTFE-kerros.

Pelkistävä uuniatmosfääri ei ole välttämätön katalyyttimaton tai valssausnauhan aktivoimiseksi. Edellä esitetty hajoamis-reaktio tapahtuu myöskin ilmassa, sopivimmin kuitenkin 5 68978 typpivirrassa. Tämän typpivirran täytyy olla säädetty siten, että syntyvät kaasumaiset hajoamistulokset, kuten C^, C2F4 tai kostutusaineiden hajoamistulokset, jotka kostutus-aineet tulivat mukaan PTFE-dispersiota hydrofoboitaessa, voidaan johtaa pois.

Valmiiksi sintrattu ja aktivoitu valssinauha voidaan nyt saattaa läheiseen mekaaniseen kosketukseen toisen, palladiumia sisältämättömän valssinauhan kanssa. Tämä voi tapahtua esimerkiksi yhteenvalssaamalla tai niittaamalla.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista katalyyttiä, joka on pantu kokoon varsinaisesta katalyyttimatosta 1 ja aktii-vihi ilimatosta 2, jota ei ole aktivoitu palladiumilla, mutta voi olla kyllästetty CuOslla.

Keksinnön mukaan valmistetulla katalyytillä on hyvä mekaaninen lujuus, ja se säilyttää pitkän ajan hyvän katalyyttivaikutuksen ohella hydrofobisuutensa. Sen pinnan täytyisi olla mustankiil-tävä, eikä siinä saisi olla mitään näkyviä säröjä. Keksinnön mukainen katalyytti on käytettävissä monipuolisesti rekombi-naattoreina akkuja varten, nimittäin kaikissa laitteistoissa, joissa sivuaineena syntyy vetyä, esimerkiksi polttoainekenno-laitteistoissa inerttien kaasujen kanssa puhallettavan vedyn polttamiseksi, esimerkiksi sukellusveneiden paristo-tiloissa, EVD-laitte itoissa tai myöskin pien la itteissa , kuten sähkötoimisissa hammasharjoissa. Sitä voidaan käyttää myöskin radiolyysikaasuja poistettaessa ydinvoimaloissa tai lämmön kehittämiseksi vedystä, hapesta ja ilmasta.

Lopuksi hydraus- ja pelkistysprosesseista peräisin oleva vety voidaan hapettaa katalyytin avulla, millä vaikutetaan kaasun kokoontumisista johtuvaa mahdollista räjähdysvaaraa vastaan. Mainituissa prosesseissa reaktiolämpöä voidaan käyttää esikuumennukseen.

Claims (9)

1. Katalyyttimatto vedyn ja hapen, erityisesti sähköakkuja käytettäessä syntyvien kaasujen rekombinoimiseksi, joka matto on valmistettu kyllästämällä polytetrafluorieteenistä ja aktiivihiilestä oleva kanninaines katalyyttisesti aktiivisen aineksen kanssa, ja valssaamalla, tunnettu siitä, että polytetrafluorieteeni-aktiivihiili-seoksesta on valssattu ensimmäinen matto, että matto on kyllästetty sellaisen suolan vesipitoisella liuoksella, jonka suolan pohjana on katalyyttisesti aktiivinen metalli, että matto on tämän jälkeen tehty vedenkestäväksi ja sintrattu, ja että tämän maton kanssa on saatettu läheiseen mekaaniseen kosketukseen toinen, katalyyttisesti aktiivisesta aineksesta vapaa aktiivihiilimatto.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen katalyytti, tunnettu siitä, että sekoitussuhde polytetrafluorieteeniraktiivihiili on välillä 40:60 paino-% ja 10:90 paino-%, sopivimmin 25:75 paino-%.

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen katalyytti, tunnettu siitä, että ensimmäinen matto sisältää 0,1 - 5 paino-%, sopivimmin 0,3 - 1 paino-% palladiumia.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen katalyytti, tunnettu siitä, että toinen, katalyyttisesti ei-aktiivinen hiilimatto on kyllästetty kuparioksidilla.

5. Menetelmä jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukaisen katalyytin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että polytetrafluorieteeni-aktiivihiili-seos valssataan matoksi, että matto kyllästetään palladiumkloridiliuoksella ja väli-kuivauksen jälkeen kastetaan vesipitoiseen polytetrafluori-eteeni-dispersioon, että uudistetun välikuivauksen jälkeen li 68978 matto saatetaan sintrauksen alaiseksi indifferentissä tai pelkistävässä uuni-ilmassa, että valmistetaan toinen matto ilman PdCl2“kyllästystä ja että molemmat matot saatetaan läheiseen mekaaniseen kosketukseen,

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tasaisen jakautumisen saavuttamiseksi polytetra- fluorieteeni-aktiivihiili-seos saatetaan täryttämällä valssin päälle.

7. Patenttivaatimusten 5 ja 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valssaustuotetta kyllästetään ainakin yhden minuutin ajan 0,1 - 20 prosenttisella PdCl2~ 1iuoksella.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 5 - 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kyllästettyä mattoa käsitellään ensimmäisen välikuivauksen jälkeen alle 10 sekuntia kastamalla se vesipitoiseen polytetrafluorieteeni-dispersioon tai suihkuttamalla sillä.

9. Patenttivaatimusten 5-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sintrauslämpötila on välillä 330 ja 430°C ja että uuniatmosfäärin muodostaa typpi. Patentkrav 6 8 9 7 8