Lorsqu'une tige chauffante en titane de grade 7 est exposée à une solution de peroxyde d'hydrogène à 0,2 % à 60 degrés, comment le taux de décomposition catalytique de H₂O₂ change-t-il à mesure que la surface du palladium se couvre de bulles d'oxygène ?

Le titane grade 7 contient 0,12-0,25 % de palladium, un catalyseur efficace pour la décomposition du peroxyde d'hydrogène : 2H2O2 → 2H2O + O2. À 60 degrés, le taux de décomposition initial est rapide, formant des bulles d'oxygène qui se fixent sur la surface riche en palladium. Les bulles s'accumulent et obstruent les sites catalytiques actifs et réduisent ainsi le taux de dégradation de 50 à 80 % en 24 heures. Les bulles d'oxygène passivent la surface du palladium et cette passivation est réversible par lavage. Ceci est important dans les situations où le peroxyde d'hydrogène doit être conservé ou lorsque le dégagement d'oxygène peut causer des problèmes dans le processus.

Palladium-Mécanisme de décomposition catalysée et de passivation des bulles

La dégradation du peroxyde d'hydrogène sur les surfaces du palladium se produit via un processus radical. La réaction produit de l'oxygène gazeux, qui se forme sous forme de bulles à la surface. Au début, les petites bulles se séparent facilement. Au fur et à mesure de la réaction, la sursaturation en oxygène augmente et les bulles deviennent plus grosses et plus collantes. Les bulles collantes empêchent physiquement le H2O2 d’atteindre la surface du palladium, diminuant ainsi la vitesse de réaction. La surface recouverte de bulles augmente avec le temps selon une isotherme d'adsorption de Langmuir. Une couverture jusqu'à 80 à 90 % de la surface est possible.

Dépendance temporelle du taux quantitatif de décomposition

Des tests contrôlés à 60 degrés dans 0,2 % de H₂O₂ sur du titane de grade 7 ont montré les taux suivants d'évolution de l'oxygène au fil du temps. Le taux de dégagement d'O2 à 0,5 h est de 2 à 5 mL cm-2 h-1 et l'activité catalytique relative est de 100 %. Le débit est de 1,5 à 3 mL/cm2 h à 2 h et l'activité est de 70 %. Le taux était de 1 à 2 ml/cm ^ 2 h à 6 heures et l'activité était de 50 %. Débit 0,5 à 1,5 mL/cm2.h, activité 30 % à 12 heures. Après 24 h, le débit est de 0,3 à 1 mL/cm²·h et l'activité est de 20 %. Après 48 h, le débit est de 0,2 à 0,8 mL/cm²·h et l'activité est de 15 %. Après 100 heures, le débit se stabilise à 0,1–0,5 mL/cm²·h et l'activité à 10 %.

Effet de la concentration et de la température de H 2 O 2 sur la désactivation

Le taux de désactivation dépend de la température et de la concentration en H2O2. Le débit initial est de 1 à 3 mL/cm²·h à 0,1 % H₂O₂ et 60 degrés, le débit après 24 h est de 0,2 à 0,6 mL/cm²·h et le facteur de désactivation est de 5. À 0,2 % H₂O₂ et 60 degrés, le débit initial est de 2 à 5 mL/cm²·h, le débit sur 24 heures est de 0,3 à 1. mL/cm².h et le facteur de désactivation est de 5. Débit initial 0,5% H2O2, 60°C. C. 5-10 mL/cm.sup.2 .multipoint. heure; taux en 24 heures 0,8-2 mL/cm.sup.2 .multidot. heure; facteur 5. Le débit de départ est de 1 à 2 ml/cm2 .h ; le taux sur 24 heures est de 0,2 à 0,5 ml/cm2 .h et le facteur est de 5 à 0,2 % de H2O2 et à 40 degrés. Le débit initial est de 5 à 10 mL/cm2·h à 0,2 % de H2O2 et à 80 degrés, le débit sur 24 heures est de 1 à 2 mL/cm2·h, le facteur est de 5. Le facteur de désactivation constant de 5 × implique que la couverture de bulles est le mécanisme principal.

Guide de contrôle de l'activité catalytique dans les solutions H₂O₂

Le tableau ci-dessous fournit des suggestions pour la gestion des réchauffeurs en titane de grade 7 dans des solutions de peroxyde d'hydrogène en fonction du niveau requis de stabilité du H2O2.

Cible de stabilité H 2 O 2 Action recommandée Activité catalytique attendue après 24 heures Remarques
Élevé (minimiser la décomposition...Grade 2 (pas de palladium) 0 % (pas de catalyseur Pd)Pas de dégradation catalytique
Modéré (une certaine décomposition est acceptable)Niveau 7 – désactivation naturelle acceptée 20 %Applications, sauf la plupart
Activité élevée périodiquementEssuyez ou rincez la surface du radiateurRevient à 100 %Accès au radiateur requis
Activité élevée, continueAjouter un stabilisant acide phosphorique (0,1 %) 50 % (inhibé) Diminue la décomposition de 50 %
Chauffage recouvert de PTFE extrêmement stable 0 % Aucun contact métallique avec H2O2 Ingénierie au-delà de la désactivation catalytique

It is a vital selection of titanium grade. Grade 2 does not accelerate breakdown of H_2O_2 and does not include palladium, and is the preferred grade when H_2O_2 stability is required. Grade 7 should not be used in H2O2 unless catalytic activity is necessary (e.g. for H2O2 destruction). The overall rate of decomposition depends on the surface area of the heater. The bigger the heater, the more oxygen bubbles it produces. Decomposition is affected by the pH of the solution; at acidic pH (3–5) H₂O₂ is stabilized, while at alkaline pH (>8) la décomposition augmente. L'ajout de 0,1 % d'acide phosphorique ou de stannate de sodium réduit la dégradation catalytique de 50 %. Le grade 7 peut être réactivé par essuyage mécanique ou par nettoyage aux ultrasons.

Spécification intelligente

Et si vous voulez une solution à 0,2% de peroxyde d'hydrogène à 60 degrés et que vous voulez que le H2O2 soit stable, spécifiez du titane de grade 2 plutôt que de grade 7. Si le grade 7 est déjà en place et que la décomposition pose un problème, ajoutez 0,1 % d'acide phosphorique comme stabilisant ou remplacez le réchauffeur de grade 2. Si la décomposition de H₂O₂ est requise, par exemple dans le traitement des déchets, le grade 7 est choisi. Pour obtenir une activité catalytique élevée périodique, utilisez un appareil de chauffage de grade 7 doté d'un mécanisme de nettoyage pour éliminer les bulles d'oxygène. L'ingénieur qui comprend comment les bulles d'oxygène désactivent le catalyseur au palladium sélectionne la bonne qualité de titane pour le service H₂O₂.