RU2808979C1 - Катализатор для термолиза перхлората аммония в виде металл-оксид-углеродного композиционного материала - Google Patents
Катализатор для термолиза перхлората аммония в виде металл-оксид-углеродного композиционного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808979C1 RU2808979C1 RU2023107484A RU2023107484A RU2808979C1 RU 2808979 C1 RU2808979 C1 RU 2808979C1 RU 2023107484 A RU2023107484 A RU 2023107484A RU 2023107484 A RU2023107484 A RU 2023107484A RU 2808979 C1 RU2808979 C1 RU 2808979C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitrate
- oxide
- nitric acid
- metal
- nickel
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- GDDNTTHUKVNJRA-UHFFFAOYSA-N 3-bromo-3,3-difluoroprop-1-ene Chemical compound FC(F)(Br)C=C GDDNTTHUKVNJRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000001149 thermolysis Methods 0.000 title claims abstract description 27
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 74
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 18
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical group [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 claims description 23
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 claims description 23
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 claims description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 41
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 176
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 176
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 89
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 85
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 57
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 48
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 47
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 47
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 47
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 47
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 46
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 45
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 43
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 description 25
- 238000002076 thermal analysis method Methods 0.000 description 24
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 15
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical compound [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 3
- PHFQLYPOURZARY-UHFFFAOYSA-N chromium trinitrate Chemical compound [Cr+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O PHFQLYPOURZARY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- RLJMLMKIBZAXJO-UHFFFAOYSA-N lead nitrate Chemical compound [O-][N+](=O)O[Pb]O[N+]([O-])=O RLJMLMKIBZAXJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 2
- QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 1lambda4,2lambda4-dimolybdacyclopropa-1,2,3-triene Chemical compound [Mo]=C=[Mo] QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011201 Ginkgo Nutrition 0.000 description 1
- 235000008100 Ginkgo biloba Nutrition 0.000 description 1
- 244000194101 Ginkgo biloba Species 0.000 description 1
- 241000218652 Larix Species 0.000 description 1
- 235000005590 Larix decidua Nutrition 0.000 description 1
- 229910039444 MoC Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- 229910003322 NiCu Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000218657 Picea Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 239000011246 composite particle Substances 0.000 description 1
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002611 lead compounds Chemical class 0.000 description 1
- HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N lead oxide Chemical compound [O-2].[Pb+2] HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N lead(II) oxide Inorganic materials [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002916 wood waste Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
В изобретении предложены металл-оксид-углеродные композиционные материалы, использующиеся в качестве катализаторов в реакциях органического синтеза, в частности для термолиза перхлората аммония. Катализатор содержит углеродную основу и оксид металла, причем углеродная основа представляет собой карбонизированную хвою. Карбонизацию хвои для получения углеродной основы ведут при температуре 700-800°С и в течение 10-120 мин. Оксид металла представляет собой оксид меди, и/или оксид никеля, и/или оксид кобальта, и/или оксид железа, введенный в углеродную основу при ее импрегнировании раствором нитратов металлов в 10%-ной азотной кислоте, который представляет собой раствор нитрата меди (II), и/или нитрата никеля (II), и/или нитрата кобальта (II), и/или нитрата железа (III) в азотной кислоте. Введение оксида металла в углеродную основу при импрегнировании карбонизата растворами нитратов металлов в азотной кислоте производят с последующим активированием полученной суспензии при температуре 500-550°С в течение 40-150 мин. При этом композиция включает в пересчете на сухое вещество: углеродная основа не менее 50 мас.%; оксид металла не менее 5 мас.%. Предложенная композиция обеспечивает высокую каталитическую активность, расширение ассортимента используемых оксидов металла, при одновременном сужении температурного диапазона, в котором происходит основная реакция термолиза, и возможность контролируемо изменять конверсию продуктов термолиза перхлората аммония. 2 з.п. ф-лы, 24 ил., 1 табл., 18 пр.
Description
Изобретение относится к рецептуре металл-оксид-углеродных композиционных материалов, пригодных в качестве катализаторов в реакциях органического синтеза, в частности, для термолиза перхлората аммония.
Из уровня техники известен ряд катализаторов, которые в качестве основы содержат углеродную основу. Указанную основу получают или путем карбонизации определенных материалов, или путем использования готовых углеродсодержащих материалов, например, сажи, графита, графена и т.п. При этом поверх углеродной основы или пропиткой ее наносят каталитическую добавку - оксиды металлов. Полученные при этом металлоксидные катализаторы широко используются в технике. Например, при процессе термического разложения перхлората аммония (далее - ПХА), являющегося одним из основных компонентов газогенерирующих зарядов, применимых, например, для интенсификации нефтедобычи методом термогазохимического воздействия, или в качестве топлива в космических аппаратах.
Учитывая широкое распространение подобных катализаторов в промышленности, актуальной проблемой будет являться создание углеродной подложки для катализаторов из сопутствующих материалов, в частности, отходов производства. Это позволит обеспечить охрану окружающей среды за счет утилизации отходов, обеспечить снижение стоимости катализатора без ухудшения его утилитарных свойств, обеспечит экономию целевых продуктов, таких как сажа, графит и др. А применение именно углеродной подложки из хвои в предлагаемом составе упрощает переработку использованных катализаторов, позволяя извлекать металлы и оксиды из такого отработанного материала путем сжигания. Таким образом, решается вопрос снижения количества твердых отходов на каждой стадии жизненного цикла производимых продуктов.
Из уровня техники известны композиционные материалы, в которых углеводородная основа создается из пыльцы лотоса (патент CN 113416975), из листьев гинкго (патент CN 110127655), а в качестве добавки к ним используют карбид молибдена, фосфид кобальта и другое. Однако указанные материалы не могут быть применены в качестве катализатора при термолизе перхлората аммония, т.к. относятся к объектам другого назначения, а именно, к электродным материалам.
Также известен материал, в виде пористого, наполненного углеродом металлоорганического каркаса ZIF-67 (патент CN 114784298), углеродная основа которого представляет собой карбонизат бимассы (коры, хвои и т.п.) и активацию его любым из KOH, ZnCl2 и NaCl. Однако, указанный материал относится к электротехническим материалам для аккумуляторов, а потому не может быть использован в качестве катализатора термолиза перхлорида аммония.
Из патента США №2016118647 известна углеродсодержащая композиция, полученная из хвои сосны, для использования в энергетическом элементе, причем композит имеет общую формулу СМ, где С представляет собой углерод, а М представляет собой группу из Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe., Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Pd, Ag, W, Al, N, С, В, O, F, Si, P, Cl, Ga, Sn, Li, Na, K, Mg, Ca. Однако указанный известный материал относится к углеродистым или составным частицам, используемым для хранения ионов, например, в перезаряжаемом гальваническом элементе, или в первичном элементе, или в конденсаторе, или в топливном элементе, или батарее, или их комбинации.
Из патента РФ №2776277 известен катализатор, который можно использовать при проведении органических синтезов, в виде металл-оксид-углеродного композиционного материала. В качестве углеродной основы данный материал содержит карбонизат, полученный из опилок или мелко раздробленных древесных отходов. А в качестве активаторов используют нитраты меди и никеля в растворе азотной кислоты. Исследования показали, что указанный известный катализатор имеет недостаточную каталитическую активность в отношении термолиза перхлората аммония. Возможно, это обусловлено тем, что углеродного основа этого катализатора имеет неоднородную структуру, а значит, активация этой основы нитратами будет недостаточной для получения катализатора с высокой каталитической активностью.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является катализатор для термолиза перхлората аммония в виде металл-оксид-углеродного композиционного материала, содержащий углеродную основу и оксид металла (медь, железо, хром свинец) (М.А. Савастьянова, К.О. Ухин, В.А. Вальцифер Институт технической химии УрО РАН - филиал ФГБУН Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН, Пермь, Россия «Исследование параметров термолиза перхлората аммония в присутствии металлооксидных катализаторов на углеродной основе», Вестник ПНИПУ, Химическая технология и биотехнология, 2021, №2, с. 54-66).
В известном техническом решении в качестве углеродной основы использовали целевой продукт - сажу марки П-803, а в качестве активаторов использовали химически чистые соли металлов: нитрат железа(III) - Fe(NO3)3⋅9H2O, нитрат меди(II) - Cu(NO3)2⋅3H2O, нитрат хрома(III) - Cr(NO3)3⋅9H2O, нитрат свинца(II). Полученную углеродно-солевую пасту подвергали обработке с помощью ультразвукового гомогенизатора в течение 5 мин и далее сушили при температуре 80-90°С до постоянства массы, затем пасту прокаливали в инертной атмосфере в заданных температурно-временных режимах. Указано о проведении исследований по влиянию оксидов переходных металлов (CuO, FeO, Cr2O3, PbO), высаженных на углеродный носитель, как в индивидуальном виде, так и в комбинациях CuO/Cr2O3, CuO/FeO, CuO/PbO, на параметры процесса термического разложения перхлората аммония. Известные металлооксидные катализаторы горения добавляли к перхлорату аммония в количестве 2 мас. %.
Недостатками указанного известного катализатора являются следующие: использование целевого продукта - сажи, что снижает экономическую эффективность; использование в качестве активатора соединений свинца, что наносит вред окружающей среде; недостаточная каталитическая активность при термолизе ПХА при использовании в качестве углеродной основы сажи марки П-803.
Технический результат, достигаемый предлагаемым техническим решением, заключается в обеспечении более высокой каталитической активности катализатора при использовании в нем углеродной основы, выполненной из отходов - хвои; в обеспечении расширения ассортимента используемых оксидов металла, при одновременном сужении температурного диапазона, в котором происходит основная реакция термолиза, и возможности контролируемо изменять конверсию продуктов термолиза перхлората аммония.
Дополнительным техническим результатом является сокращение времени приготовления катализатора путем исключения необходимости промывки полученного материала водой до нейтральной среды и его сушки.
Поставленный технический результат достигается предлагаемым катализатором для термолиза перхлората аммония в виде металл-оксид-углеродного композиционного материала, содержащим углеродную основу и оксид металла, при этом новым является то, что углеродная основа представляет собой вещество, выполненное из хвои путем ее карбонизации при температуре 700-800°С и выдержке при этой температуре в течение 10-120 мин, а оксид металла представляет собой оксид меди и/или оксид никеля и/или оксид кобальта и/или оксид железа, введенный в углеродную основу при ее импрегнировании раствором нитрата металла в азотной кислоте, которые представляют собой раствор нитрата меди(2) и/или раствор нитрата никеля(2) и/или раствор нитрата кобальта(2) и/или раствор нитрата железа(3) в 10%-ной азотной кислоте, при этом катализатор включает в пересчете на сухое вещество: углеродная основа не менее 50 мас. %; указанный оксид металла не менее 5 мас. %.
Для термолиза перхлората аммония используют 1-4 мас. % катализатора по п. 1.
Введение оксида металла в углеродную основу при импрегнировании карбонизата растворами нитратов металлов в азотной кислоте производят с последующим активированием полученной суспензии при температуре 500-550°С в течение 40-150 мин.
Поставленный технический результат обеспечивается за счет следующего.
Реакция термического разложения перхлората аммония, согласно общепринятым представлениям с образованием азота, хлора, кислорода и воды, протекает следующим образом:
Благодаря тому, что углеродная основа в заявляемом катализаторе представляет собой вещество, выполненное из отхода - хвои, путем ее карбонизации при температуре 700-800°С и выдержке при этой температуре в течение 10-120 мин., обеспечивается сохранение, а в некоторых случаях даже превышение, каталитической активности катализатора. Это объясняется тем, что при карбонизации хвоя размалывается практически в порошок (размер менее 1 мм), т.е. благодаря этому обеспечивается равномерность поверхности углеродной основы и повышается способность к максимальной активации металлами (оксидами металлов) этой поверхности. За счет этого каталитическая активность заявляемого катализатора не снижается и в то же время используют для его изготовления отход лесопромышленного производства.
Благодаря тому, что углеродную основу предлагаемого катализатора импрегнируют раствором нитратов металлов в 10%-ной азотной кислоте, которые представляют собой раствор нитрата меди(2) и/или нитрата никеля(2) и/или нитрата кобальта(2) и/или нитрата железа(3) в азотной кислоте, обеспечивается расширение видов заявленных катализаторов как в индивидуальном виде, так и в двух-, трех- и четвертных комбинациях оксидов металлов. За счет этого появилась возможность, используя разные комбинации, обеспечить требуемый температурный диапазон, в котором происходит основная реакция термолиза ПХА и возможность контролируемо изменять конверсию продуктов термолиза перхлорида аммония. На эту же цель работает и заявляемый диапазон компонентов катализатора: углеродная основа не менее 50 мас. %; указанный оксид металла не менее 5 мас. %. Это подтверждено экспериментальными исследованиями.
Вместе с этим упрощается изготовление предлагаемого катализатора, т.к. на конечном этапе способа его приготовления не требуется промывка и сушка, как это требовалось в аналоге.
Заявляемый катализатор иллюстрируется рисунками 1-24, на которых приведены следующие данные:
На фиг. 1 изображена углеродная матрица предлагаемого катализатора.
На фиг. 2 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 1.
На фиг. 3 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 2.
На фиг. 4 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 3.
На фиг. 5 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 4.
На фиг. 6 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 5.
На фиг. 7 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 6.
На фиг. 8 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 7.
На фиг. 9 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 8.
На фиг. 10 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 9.
На фиг. 11 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 10.
На фиг. 12 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 11.
На фиг. 13 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 12.
На фиг. 14 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 13.
На фиг. 15 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 14.
На фиг. 16 показаны данные совмещенного термического анализа композиционного материала по примеру 15.
На фиг. 17 показаны данные совмещенного термического анализа чистого перхлората аммония.
На фиг. 18 показаны данные совмещенного термического анализа каталитического влияния композиционного материала, полученного по примеру 1, на термолиз перхлората аммония, при массовом соотношении перхлорат аммония: композиционная каталитическая система равном 98:2 соответственно.
На фиг. 19 показаны данные совмещенного термического анализа каталитического влияния композиционного материала, полученного по примеру 2, на термолиз перхлората аммония, при массовом соотношении перхлорат аммония: композиционная каталитическая система равном 98:2 соответственно.
На фиг. 20 показаны данные совмещенного термического анализа каталитического влияния композиционного материала, полученного по примеру 3, на термолиз перхлората аммония, при массовом соотношении перхлорат аммония: композиционная каталитическая система равном 99:1 соответственно.
На фиг. 21 показаны данные совмещенного термического анализа каталитического влияния композиционного материала, полученного по примеру 3, на термолиз перхлората аммония, при массовом соотношении перхлорат аммония: композиционная каталитическая система равном 98:2 соответственно.
На фиг. 22 показаны данные совмещенного термического анализа каталитического влияния композиционного материала, полученного по примеру 3, на термолиз перхлората аммония, при массовом соотношении перхлорат аммония: композиционная каталитическая система равном 97:3 соответственно.
На фиг. 23 показаны данные совмещенного термического анализа каталитического влияния композиционного материала, полученного по примеру 3, на термолиз перхлората аммония, при массовом соотношении перхлорат аммония: композиционная каталитическая система равном 96:4 соответственно.
На фиг. 24 показаны данные совмещенного термического анализа каталитического влияния композиционного материала, полученного по примеру 4, на термолиз перхлората аммония, при массовом соотношении перхлорат аммония: композиционная каталитическая система равном 98:2 соответственно.
Примеры конкретного приготовления предлагаемого катализатора.
Пример 1. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм; состав хвои был смешанный, в том числе, еловая, сосновая, от лиственницы) карбонизируют при нагреве со скоростью 5°С/мин. в токе инертного газа - аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 800°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 15 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры.
Полученный карбонизат импрегнируют раствором нитрата никеля(2) в 10%-ной азотной кислоте при соотношении раствор нитрат никеля в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:1,6 Емкости с полученной суспензией выдерживают 20 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 550°С муфельную печь, где выдерживают в течение 40 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 2. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 5°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 800°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 20 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют раствором нитрата меди(2) в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении раствор нитрата меди в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:1,7. Емкости с полученной суспензией выдерживают 30 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 550°С муфельную печь, где выдерживают в течение 40 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 3. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 7°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 800°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 25 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют раствором нитрата кобальта(2) в 10% азотной кислоте при массовом соотношении раствор нитрат кобальта(2) в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:2,5. Емкости с полученной суспензией выдерживают 20 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 500°С муфельную печь, где выдерживают в течение 50 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 4. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 10°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 800°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 20 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют раствором нитрата железа(3) в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении раствор нитрат железа в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:3,7. Емкости с полученной суспензией выдерживают 40 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 550°С муфельную печь, где выдерживают в течение 60 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 5. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 5°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 750°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 30 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют смесью растворов нитрата никеля(2) и нитрата меди(2) в массовом соотношении нитрат никеля(2): нитрат меди(2) равном 1:1, в 10%-ой азотной кислоте при массовом соотношении смесь растворов нитрата меди(2) и нитрата никеля(2) в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:1,2. Емкости с полученной суспензией выдерживают 180 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 500°С муфельную печь, где выдерживают в течение 130 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 6. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 10°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 780°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 60 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют смесью растворов нитрата никеля(2) и нитрата кобальта(2) в соотношении нитрат никеля(2): нитрат кобальта(2) равном 1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении смесь раствора нитрата никеля(2) и нитрата кобальта(2) в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:7,9. Емкости с полученной суспензией выдерживают 90 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 550°С муфельную печь, где выдерживают в течение 140 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 7. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 5°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 800°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 30 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют смесью растворов нитрата кобальта(2) и нитрата меди(2) в соотношении нитрат кобальта(2): нитрат меди(2) равном 1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении смесь растворов нитрата меди(2) и нитрата кобальта(2) в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:5. Емкости с полученной суспензией выдерживают 150 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 500°С муфельную печь, где выдерживают в течение 100 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 8. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 10°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 700°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 50 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют смесью растворов нитрата кобальта(2) и нитрата железа(3) в массовом соотношении нитрат кобальта(2): нитрат железа(3) равном 1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении смесь растворов нитрата кобальта(2) и нитрата железа(3) в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:3,7. Емкости с полученной суспензией выдерживают 100 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 550°С муфельную печь, где выдерживают в течение 120 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 9. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 5°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 800°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 20 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют смесью растворов нитрата никеля(2) и нитрата железа(3) в массовом соотношении нитрат никеля(2): нитрат железа(3) равном 1:1, в 10%-ой азотной кислоте при соотношении смесь растворов нитрата железа(3) и нитрата никеля(2) в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:1,2. Емкости с полученной суспензией выдерживают 150 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 550°С муфельную печь, где выдерживают в течение 120 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 10. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 5°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 800°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 20 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют смесью растворов нитрата железа(3) и нитрата меди(2) в массовом соотношении нитрат железа(3): нитрат меди(2) равном 1:1, в 10%-ой азотной кислоте при массовом соотношении смесь растворов нитрата меди(2) и нитрата железа(3) в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:1,7. Емкости с полученной суспензией выдерживают 100 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 500°С муфельную печь, где выдерживают в течение 150 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 11. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 8°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 750°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 90 мин., затем охлаждают до 550°С в токе неокислительной среды. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют смесью растворов нитрата никеля(2), нитрата меди(2) и нитрата железа(3) в массовом соотношении нитрат никеля(2): нитрат меди(2): нитрат железа(3) равном 1:1:1, в 10%-ой азотной кислоте при массовом соотношении смеси растворов нитрата никеля(2), нитрата меди(2) и нитрата железа(3) в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:1,7. Емкости с полученной суспензией выдерживают 100 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 550°С муфельную печь, где выдерживают в течение 100 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 12. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 5°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 800°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 20 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют смесью растворов нитрата никеля(2), нитрата меди(2) и нитрата кобальта(2) в массовом соотношении нитрат никеля(2): нитрат меди(2): нитрат кобальта(2) равном 1:1:1, в 10%-ой азотной кислоте при соотношении смесь растворов нитрата никеля(2), нитрата меди(2) и нитрата кобальта(2) в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:1,7. Емкости с полученной суспензией выдерживают 90 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 550°С муфельную печь, где выдерживают в течение 100 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 13. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 5°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 700°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 40 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют смесью растворов нитрата никеля(2), нитрата кобальта(2) и нитрата железа(3) в соотношении нитрат никеля(2): нитрат железа(3): нитрат кобальта(2) равном 1:1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении смесь растворов нитрата никеля(2), нитрата железа(3) и нитрата кобальта(2) в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:1,7. Емкости с полученной суспензией выдерживают 60 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 550°С муфельную печь, где выдерживают в течение 100 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 14. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 7°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 800°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 20 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют смесью растворов нитрата кобальта(2), нитрата меди(2) и нитрата железа(3), в массовом соотношении нитрат железа(3): нитрат меди(2): нитрат кобальта(2) равном 1:1:1, в 10%-ой азотной кислоте при массовом соотношении смесь растворов нитрата железа(3), нитрата меди(2) и нитрата кобальта(2) в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:1,7. Емкости с полученной суспензией выдерживают 180 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 550°С муфельную печь, где выдерживают в течение 120 мин. После этого получают требуемый материал.
Пример 15. Перемолотую опавшую хвою (фракция до 1 мм.) карбонизируют при нагреве со скоростью 5°С/мин. в токе аргона (Первый сорт ГОСТ 10157-79) в стационарном горизонтальном реакторе. При достижении 800°С нагрев прекращают, и выдерживают продукт при этой температуре в течение 40 мин., затем охлаждают до 550°С в токе аргона. Затем карбонизат охлаждают в токе воздуха до комнатной температуры. Полученный карбонизат импрегнируют смесью растворов нитрата кобальта(2), нитрата никеля(2), нитрата меди(2) и нитрата железа(3), в массовом соотношении нитрат железа(3): нитрат меди(2): нитрат никеля(2): нитрат кобальта(2) равном 1:1:1:1, в 10%-ой азотной кислоте при массовом соотношении смесь растворов нитрата железа(3), нитрата никеля(2), нитрата меди(2) и нитрата кобальта(2) в азотной кислоте: масса карбонизата равном 1:1,7. Емкости с полученной суспензией выдерживают 90 мин. при комнатной температуре и помещают для активации в разогретую до 550°С муфельную печь, где выдерживают в течение 90 мин. После этого получают требуемый материал.
Катализаторы с другим содержание компонентов готовили аналогичным образом. При этом при получении катализаторов в виде двух-, трех- и четвертных комбинаций металлов и их оксидов, использовали компоненты в следующем соотношении:
- импрегнирование карбонизата ведут раствором нитрата никеля(2) в 10%-ой азотной кислоте при массовом соотношении раствор нитрата никеля в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут раствором нитрата меди(2) в 10%-ой азотной кислоте при массовом соотношении раствор нитрата меди(2) в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут раствором нитрата кобальта(2) в 10%-ой азотной кислоте при массовом соотношении раствор нитрата кобальта(2) в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут раствором нитрата железа(3) в 10%-ой азотной кислоте при массовом соотношении раствор нитрата железа(3) в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут смесью раствора нитрата никеля(2) и нитрата меди(2) при массовом соотношении нитрат никеля(2): нитрат меди(2) равном 1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении растворов нитрата меди(2) и нитрата никеля(2) в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут смесью раствора нитрата кобальта(2) и нитрата меди(2) при массовом соотношении нитрат кобальта(2): нитрат меди(2) равном 1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении растворов нитрата меди(2) и нитрата кобальта(2) в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут смесью раствора нитрата никеля(2) и нитрата кобальта(2) при массовом соотношении растворов нитрата никеля(2): нитрата кобальта(2) равном 1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении растворов нитрата кобальта(2) и нитрата никеля(2) в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут смесью раствора нитрата никеля(2) и нитрата железа(3) при массовом соотношении нитрат никеля(2): нитрат железа(3) равном 1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении растворов нитрата никеля(2) и нитрата железа(3) в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут смесью растворов нитрата железа(3) и нитрата меди(2) при массовом соотношении нитрат железа(3): нитрат меди(2) равном 1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении растворов нитрата меди(2) и нитрата железа(3) в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут смесью растворов нитрата кобальта(2) и нитрата железа(3) при массовом соотношении нитрат кобальта(2): нитрат железа(3) равном 1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении растворов нитрата железа(3) и нитрата кобальта(2) в азотной кислоте: карбонизат 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут смесью растворов нитрата никеля(2), нитрата кобальта(2) и нитрата меди(2) при массовом соотношении нитрат никеля(2): нитрат кобальта(2): нитрат меди(2) равном 1:1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении растворов нитрата кобальта(2), нитрата меди(2) и нитрата никеля(2) в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут смесью растворов нитрата никеля(2), нитрата железа(3) и нитрата меди(2) при массовом соотношении нитрат никеля(2): нитрат железа(3): нитрат меди(2) равном 1:1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении растворов нитрата железа(3), нитрата меди(2) и нитрата никеля(2) в азотной кислоте: масса карбонизата 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут смесью растворов нитрата никеля(2), нитрата кобальта(2) и нитрата железа(3) при массовом соотношении нитрат никеля(2): нитрат кобальта(2): нитрат железа(3) равном 1:1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении растворов нитрата кобальта(2), нитрата железа(3) и нитрата никеля(2) в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут смесью растворов нитрата железа(3), нитрата кобальта(2) и нитрата меди(2) при массовом соотношении нитрат железа(3): нитрат кобальта(2): нитрат меди(2) равном 1:1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении растворов нитрата кобальта(2), нитрата меди(2) и нитрата железа(3) в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут смесью растворов нитрата никеля(2), нитрата кобальта(2), нитрата железа(3) и нитрата меди(2) при массовом соотношении нитрат никеля(2): нитрат кобальта(2): нитрат железа(3): нитрат меди(2) равном 1:1:1:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении растворов нитрата железа(3), нитрата меди(2), нитрата кобальта(2) и нитрата никеля(2) в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
- импрегнирование карбонизата ведут смесью растворов нитрата никеля(2) и нитрата меди(2) при массовом соотношении нитрат никеля(2): нитрат меди(2) равном 2:1, в 10%-ной азотной кислоте при массовом соотношении растворов нитрата меди(2) и нитрата никеля(2) в азотной кислоте: карбонизат равном 1:1,2-7,9 соответственно.
При проведении испытаний были исследованы 18 заявляемых катализаторов (примеры 1-15, 19-21 таблицы 1).
Исследование влияния синтезированных образцов металл-оксид-углеродных катализаторов на процесс термического разложения перхлората аммония проводили методом синхронного термического анализа (параллельная запись данных термогравиметрии (ТГ, ДТГ) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК)) Netsch STA449 F1 Jupiter с масс-спектрометром QMS 443 10 К/мин. Масса навески перхлората аммония составляла 0,003 г. Заявляемые катализаторы горения добавляли к перхлорату аммония в количестве от 1 до 4 мас. %.
Данные, полученные в ходе испытаний, приведены в таблице 1.
Данные, приведенные в таблице 1, показывают, что заявляемые металл-оксид-углеродные композиционные материалы в качестве катализаторов способствуют снижению значения пиковых температур низкотемпературной и высокотемпературной стадий разложения перхлората аммония.
Показано, что наибольшее снижение значения пиковой температуры высокотемпературной и низкотемпературной стадий разложения перхлората аммония достигается при использовании металлооксидных катализаторов на основе тройной смеси CuCoFe (опыт 14) и двойной смеси NiCu (опыт 21).
При этом сочетание нескольких оксидов переходных металлов в составе активного оксидного компонента катализаторов позволяет получить синергетический эффект усиления интенсивности разложения перхлората аммония и сдвигает интервал разложения в более низкотемпературную область.
Данные, приведенные на Фиг. 1-24 иллюстрируют тот факт, что при воздействии предлагаемого катализатора происходит значительное снижение интервала разложения (термолиза) перхлората аммония, со значительным сдвигом экзотермического эффекта в область более низких температур с одновременным ростом его суммарной теплоты, что доказывает высокую каталитическую активность заявляемых катализаторов.
Claims (3)
1. Катализатор для термолиза перхлората аммония в виде металл-оксид-углеродного композиционного материала, содержащий углеродную основу и оксид металла, отличающийся тем, что углеродная основа представляет собой вещество, выполненное из хвои путем ее карбонизации при температуре 700-800°С и выдержки при этой температуре в течение 10-120 мин, а оксид металла представляет собой оксид меди, и/или оксид никеля, и/или оксид кобальта, и/или оксид железа, введенный в углеродную основу при ее импрегнировании раствором нитрата металла в азотной кислоте, который представляет собой раствор нитрата меди (II), и/или раствор нитрата никеля (II), и/или раствор нитрата кобальта (II), и/или раствор нитрата железа (III) в 10%-ной азотной кислоте, при этом катализатор включает в пересчете на сухое вещество: углеродная основа не менее 50 мас.%; указанный оксид металла не менее 5 мас.%.
2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что для термолиза перхлората аммония используют 1-4 мас.% катализатора по п.1.
3. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что введение оксида металла в углеродную основу при импрегнировании карбонизата растворами нитратов металлов в азотной кислоте производят с последующим активированием полученной суспензии при температуре 500-550°С в течение 40-150 мин.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2808979C1 true RU2808979C1 (ru) | 2023-12-05 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113416975A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-09-21 | 江苏大学 | 一步煅烧法制备生物质碳负载的碳化钼电极材料的方法 |
| RU2776277C1 (ru) * | 2021-07-05 | 2022-07-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет" (ПГНИУ) | Способ получения медь-никель-оксид-углеродного композиционного материала |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113416975A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-09-21 | 江苏大学 | 一步煅烧法制备生物质碳负载的碳化钼电极材料的方法 |
| RU2776277C1 (ru) * | 2021-07-05 | 2022-07-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет" (ПГНИУ) | Способ получения медь-никель-оксид-углеродного композиционного материала |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| М.А. Савастьянова, К.О. Ухин, В.А. Вальцифер. Институт технической химии УрО РАН - филиал ФГБУН Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН, Пермь, Россия "Исследование параметров термолиза перхлората аммония в присутствии металлооксидных катализаторов на углеродной основе", Вестник ПНИПУ, Химическая технология и биотехнология, 2021, с. 54-66. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Anderton et al. | Production of conducting oxide powders by amorphous citrate process | |
| CN109529885B (zh) | 一种钴硫化物/生物质炭复合材料及其制备方法和作为单质汞氧化催化剂应用 | |
| US4970189A (en) | Porous, metal-containing carbonaceous material | |
| US7001586B2 (en) | CO-free hydrogen from decomposition of methane | |
| CN113332987A (zh) | 一种翅片状氨分解催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111054312A (zh) | 浮萍生物炭负载纳米零价铁的制备方法和修复Pb污染物土壤的方法 | |
| CN113600198A (zh) | 一种生物质焦油重整催化剂及其制备方法 | |
| RU2808979C1 (ru) | Катализатор для термолиза перхлората аммония в виде металл-оксид-углеродного композиционного материала | |
| US6995115B2 (en) | Catalyst for the generation of CO-free hydrogen from methane | |
| WO2023241557A1 (en) | Ruthenium-based nickel-aluminum catalyst and methods of preparation and use thereof | |
| CN112408320A (zh) | 一种负载型双活性金属复合载氧体及其制备方法和应用 | |
| EP4017630A1 (en) | A catalyst composition and its applications thereof | |
| CN117563656A (zh) | 一种双原子共生复合催化剂及其制备方法与应用 | |
| JP2021126599A (ja) | Ｖｏｃ除去触媒及びその製造方法 | |
| Yamada et al. | Catalytic activity of physically-mixed nickel compounds on the CO2 gasification of phenol-formaldehyde resin char | |
| KR20230159115A (ko) | 저온 및 저압에서 암모니아 합성 활성을 가지는 암모니아 합성용 촉매 및 이를 이용한 암모니아의 제조방법 | |
| CN113694920A (zh) | 一种堇青石基scr催化剂及制备方法和应用 | |
| RU2798432C1 (ru) | Катализатор для термолиза перхлората аммония в виде металл-оксид-углеродного композиционного материала с использованием технической сажи после пиролиза отработанных автопокрышек | |
| Zhu et al. | Polymetallic doping of Mn-based perovskite oxides for chemical looping dry reforming of methane | |
| RU2808980C1 (ru) | Способ получения металл-оксид-углеродного композиционного материала из технической сажи после пиролиза отработанных автопокрышек | |
| JP2018094481A (ja) | 水蒸気改質触媒、メタン改質用触媒、触媒の製造方法及び水素の製造方法 | |
| WO2011070450A1 (en) | The method of obtaining ternary chemical compounds based on iron oxide and manganese oxide | |
| RU2456235C2 (ru) | Способ получения пенографита | |
| CN111389436A (zh) | 一种高效稳定的用于二甲醚水蒸气重整制氢的碳化钼催化剂的制备方法 | |
| CN1245737A (zh) | 一种高活性氨分解催化剂 |