Quando uma barra de calor de titânio grau 7 é exposta a uma solução de peróxido de hidrogênio a 0,2% a 60 graus, como a taxa de decomposição catalítica do H₂O₂ muda à medida que a superfície do paládio fica coberta com bolhas de oxigênio?

O titânio grau 7 contém 0,12-0,25% de paládio, um catalisador eficaz para a decomposição de peróxido de hidrogênio: 2H2O2 → 2H2O + O2. A 60 graus, a taxa de decomposição inicial é rápida, formando bolhas de oxigênio que se fixam à superfície rica em paládio. As bolhas se acumulam e obstruem os locais catalíticos ativos e, portanto, reduzem a taxa de decomposição em 50-80% em 24 horas. As bolhas de oxigênio passivam a superfície do paládio e esta passivação é reversível por lavagem. Isto é significativo em situações onde o peróxido de hidrogênio precisa ser conservado ou quando a evolução de oxigênio pode causar problemas no processo.

Mecanismo de decomposição catalisada de paládio-e de passivação de bolhas

A quebra do peróxido de hidrogênio nas superfícies do paládio ocorre por meio de um processo radical. A reação produz gás oxigênio, que nuclea como bolhas na superfície. Inicialmente pequenas bolhas separam-se facilmente. À medida que a reação prossegue, a supersaturação de oxigênio aumenta e as bolhas tornam-se maiores e mais pegajosas. As bolhas aderentes impedem fisicamente que o H2O2 alcance a superfície do paládio, diminuindo assim a taxa de reação. A área de cobertura da bolha aumenta com o tempo de acordo com uma isoterma de adsorção de Langmuir. É possível cobrir até 80–90% da superfície.

Dependência temporal da taxa quantitativa de decomposição

Testes controlados a 60 graus em H₂O₂ a 0,2% em titânio Grau 7 mostraram as seguintes taxas de evolução de oxigênio ao longo do tempo. A taxa de evolução de O2 em 0,5 h é de 2-5 mL cm-2 h-1 e a atividade catalítica relativa é de 100%. A taxa é de 1,5–3 mL/cm2h às 2h e a atividade é de 70%. A taxa foi de 1–2 mL/cm^2 h às 6 horas e a atividade foi de 50%. Taxa 0,5–1,5 mL/cm2.h, atividade 30% às 12 horas. Após 24 horas a taxa é de 0,3–1 mL/cm²·h e a atividade é de 20%. Após 48 horas a taxa é de 0,2–0,8 mL/cm²·h e a atividade é de 15%. Após 100 horas, a taxa se estabiliza em 0,1–0,5 mL/cm²·h e a atividade em 10%.

Efeito da concentração e temperatura de H 2 O 2 na desativação

A taxa de desativação é função da temperatura e da concentração de H2O2. A taxa inicial é 1–3 mL/cm²·h a 0,1% H₂O₂ e 60 graus, a taxa após 24 h é 0,2–0,6 mL/cm²·h e o fator de desativação é 5. A 0,2% H₂O₂ e 60 graus, a taxa inicial é 2–5 mL/cm²·h, a taxa de 24 horas é 0,3–1 mL/cm²·h e o fator de desativação é 5. Taxa inicial 0,5% H.sub.2 O.sub.2, 60.degree. C. 5-10 mL/cm.sup.2 .multiponto. horas; taxa em 24 horas 0,8-2 mL/cm.sup.2 .multiponto. horas; fator 5. A taxa inicial é 1–2 mL/cm2 .h; a taxa de 24 horas é de 0,2–0,5 mL/cm2 .h e o fator é 5 a 0,2% de H2O2 e 40 graus. A taxa inicial é de 5–10 mL/cm2·h a 0,2% de H2O2 e 80 graus, a taxa de 24 horas é de 1–2 mL/cm2·h, o fator é 5. O fator de desativação constante de 5× implica que a cobertura de bolhas é o mecanismo principal.

Guia para controlar a atividade catalítica em soluções de H₂O₂

A tabela abaixo fornece sugestões para o gerenciamento de aquecedores de titânio Grau 7 em soluções de peróxido de hidrogênio com base no nível exigido de estabilidade de H2O2.

Alvo H 2 O 2 Estabilidade Ação recomendada Atividade catalítica esperada após 24 horas Notas
Alto (minimiza a decomposição...Grau 2 (sem paládio) 0% (sem catalisador de Pd)Sem degradação catalítica
Moderado (alguma decomposição ok)Grau 7 – desativação natural aceita 20%Inscrições, exceto a maioria
Alta atividade periodicamenteLimpe ou lave a superfície do aquecedorRetorna a 100%Acesso ao aquecedor necessário
Alta atividade, contínuaAdicionar estabilizador de ácido fosfórico (0,1%) 50% (inibido) Diminui a decomposição em 50%
Extremamente estável Aquecedor coberto com PTFE 0% Sem contato de metal com H2O2 Engenharia Além da desativação catalítica

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) a decomposição aumenta. A adição de 0,1% de ácido fosfórico ou estanato de sódio reduz a degradação catalítica em 50%. O grau 7 pode ser reativado por limpeza mecânica ou por limpeza ultrassônica.

Especificação Inteligente

E se você quiser uma solução de peróxido de hidrogênio a 0,2% a 60 graus e quiser que o H2O2 seja estável, especifique titânio de grau 2 em vez de titânio de grau 7. Se o Grau 7 já estiver instalado e a decomposição for um problema, adicione 0,1% de ácido fosfórico como estabilizador ou substitua o aquecedor de Grau 2. Se for necessária a decomposição de H₂O₂, por exemplo no tratamento de resíduos, o Grau 7 é escolhido. Para obter alta atividade catalítica periódica, use um aquecedor Grau 7 com mecanismo de limpeza para remover bolhas de oxigênio. O engenheiro que entende como as bolhas de oxigênio desativam o catalisador de paládio seleciona o tipo certo de titânio para serviço com H₂O₂.