Каталитическая активность синтетических азотсодержащих углей в реакции разложения пероксида водорода
Изучена каталитическая активность синтетических углей, содержащих различное количество азота (1.0—6.0 %) в реакции разложения пероксида водорода. Определены эффективная, адсорбционная константы и скорости реакции. Вычислены величины энергии активации. Высказано предположение о механизме реакции. Пок...
Saved in:
| Published in: | Украинский химический журнал |
|---|---|
| Date: | 2000 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2000
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184110 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Каталитическая активность синтетических азотсодержащих углей в реакции разложения пероксида водорода / В.С. Кублановский, С.Я. Обловатная // Украинский химический журнал. — 2000. — Т. 66, № 1. — С. 18-20. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-184110 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кублановский, В.С. Обловатная, С.Я. 2022-05-05T18:07:18Z 2022-05-05T18:07:18Z 2000 Каталитическая активность синтетических азотсодержащих углей в реакции разложения пероксида водорода / В.С. Кублановский, С.Я. Обловатная // Украинский химический журнал. — 2000. — Т. 66, № 1. — С. 18-20. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184110 541.138.З Изучена каталитическая активность синтетических углей, содержащих различное количество азота (1.0—6.0 %) в реакции разложения пероксида водорода. Определены эффективная, адсорбционная константы и скорости реакции. Вычислены величины энергии активации. Высказано предположение о механизме реакции. Показано, что синтетические угли, содержащие 1/2—1./5 % азота, перспективны как матрицы в реакции восстановления молекулярного кислорода в щелочных растворах. Вивчено каталітичну активність синтетичного вугілля, що містить різну кількість азоту (1.0-6.0 %) в реакції розпаду пероксиду водню. Визначено ефективну, адсорбційну константи та константу швидкості реакції. Обчислено величини енергії активації. Запропоновано уявлення про механізм реакції. Показано, що синтетичне вугілля, яке містить 1.2—1.5 % азоту, може бути перспективним як матриця в реакції відновлення молекулярного кисню в лужних розчинах. The catalytic activity of synthetic carbons containing different amounts of nitrogen (1.0-6.0 %) in hydrogen peroxide decomposition reaction has been studied. The effective constant, adsorption constant and reaction rates have been determined. Activation energy values have been calculated. A suggestion to the reaction mechanism has been made. It has been shown that synthetic carbons containing 1.2—1.6 % nitrogen promise much as matrices in molecular oxygen reduction reaction in alkaline solutions. ru Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Украинский химический журнал Неорганическая и физическая химия Каталитическая активность синтетических азотсодержащих углей в реакции разложения пероксида водорода Каталiтична активнiсть синтетичного азотвмiсноro вугiлля в реакції розкладання пероксиду водню Catalytic activity of synthetic nitrogen-containing carbons in hydrogen peroxide decomposition reaction Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Каталитическая активность синтетических азотсодержащих углей в реакции разложения пероксида водорода |
| spellingShingle |
Каталитическая активность синтетических азотсодержащих углей в реакции разложения пероксида водорода Кублановский, В.С. Обловатная, С.Я. Неорганическая и физическая химия |
| title_short |
Каталитическая активность синтетических азотсодержащих углей в реакции разложения пероксида водорода |
| title_full |
Каталитическая активность синтетических азотсодержащих углей в реакции разложения пероксида водорода |
| title_fullStr |
Каталитическая активность синтетических азотсодержащих углей в реакции разложения пероксида водорода |
| title_full_unstemmed |
Каталитическая активность синтетических азотсодержащих углей в реакции разложения пероксида водорода |
| title_sort |
каталитическая активность синтетических азотсодержащих углей в реакции разложения пероксида водорода |
| author |
Кублановский, В.С. Обловатная, С.Я. |
| author_facet |
Кублановский, В.С. Обловатная, С.Я. |
| topic |
Неорганическая и физическая химия |
| topic_facet |
Неорганическая и физическая химия |
| publishDate |
2000 |
| language |
Russian |
| container_title |
Украинский химический журнал |
| publisher |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Каталiтична активнiсть синтетичного азотвмiсноro вугiлля в реакції розкладання пероксиду водню Catalytic activity of synthetic nitrogen-containing carbons in hydrogen peroxide decomposition reaction |
| description |
Изучена каталитическая активность синтетических углей, содержащих различное количество азота (1.0—6.0 %) в реакции разложения пероксида водорода. Определены эффективная, адсорбционная константы и скорости реакции. Вычислены величины энергии активации. Высказано предположение о механизме реакции. Показано, что синтетические угли, содержащие 1/2—1./5 % азота, перспективны как матрицы в реакции восстановления молекулярного кислорода в щелочных растворах.
Вивчено каталітичну активність синтетичного вугілля, що містить різну кількість азоту (1.0-6.0 %) в реакції розпаду пероксиду водню. Визначено ефективну, адсорбційну константи та константу швидкості реакції. Обчислено величини енергії активації. Запропоновано уявлення про механізм реакції. Показано, що синтетичне вугілля, яке містить 1.2—1.5 % азоту, може бути перспективним як матриця в реакції відновлення молекулярного кисню в лужних розчинах.
The catalytic activity of synthetic carbons containing different amounts of nitrogen (1.0-6.0 %) in hydrogen peroxide decomposition reaction has been studied. The effective constant, adsorption constant and reaction rates have been determined. Activation energy values have been calculated. A suggestion to the reaction mechanism has been made. It has been shown that synthetic carbons containing 1.2—1.6 % nitrogen promise much as matrices in molecular oxygen reduction reaction in alkaline solutions.
|
| issn |
0041–6045 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184110 |
| citation_txt |
Каталитическая активность синтетических азотсодержащих углей в реакции разложения пероксида водорода / В.С. Кублановский, С.Я. Обловатная // Украинский химический журнал. — 2000. — Т. 66, № 1. — С. 18-20. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kublanovskiivs katalitičeskaâaktivnostʹsintetičeskihazotsoderžaŝihugleivreakciirazloženiâperoksidavodoroda AT oblovatnaâsâ katalitičeskaâaktivnostʹsintetičeskihazotsoderžaŝihugleivreakciirazloženiâperoksidavodoroda AT kublanovskiivs katalitičnaaktivnistʹsintetičnogoazotvmisnorovugillâvreakcíírozkladannâperoksiduvodnû AT oblovatnaâsâ katalitičnaaktivnistʹsintetičnogoazotvmisnorovugillâvreakcíírozkladannâperoksiduvodnû AT kublanovskiivs catalyticactivityofsyntheticnitrogencontainingcarbonsinhydrogenperoxidedecompositionreaction AT oblovatnaâsâ catalyticactivityofsyntheticnitrogencontainingcarbonsinhydrogenperoxidedecompositionreaction |
| first_indexed |
2025-11-27T03:37:43Z |
| last_indexed |
2025-11-27T03:37:43Z |
| _version_ |
1850797110210854912 |
| fulltext |
6. Lopez de 1JI Риепге Р. L., Cheda J. А. R., Fernandez-Martin
Р., Westrum В. Р. / / з. Chem. ThermodyruнnJ.cs. -1988. -10.
-Р. 1137-1148-
7. Thermodynamic and Transport Properties of Orpnic Sa1ts.
IUPAC Chemical Data Series N 28/Eds. P.Franzosini, M.8anesi.
-Oxford: Pergamon Press, 1980.
8. йети« D., RichJer L Textures о' liquJd crystals. -Leipzil: Dt.
VerL fur Grundstoff-industrie, 1980.
9. Mlrnaya Т. А., PoIi.shchuk А. Р"1 Berezn1tski У. V., FerlonJ. Р.
11 J. Chem. Eng. Data. ..1996. -41, ~ б. -Р. 1337-1339.
10. M1гn8ya Т. А., Berezn1Jski У. V., Volkov S. ~ 11 Z. Naturforsch.
А. -1996. -51 ·Р. 867-870.
Институт общей и неорганической химии им. В. И. Вернадского НАН Украины, Киев Поступила 271198
УДК 54l1Э8.З
В. с. Кублановсхий, с. я. Обловатная
КАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ СИНТЕТИЧЕСКИХ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ УГЛЕЙ
В РЕАКЦИИ РАЗЛОЖЕНИЯ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА
Изучена каталитическая активность синтетических yrnей, содержащих различное количество азота (1.0-6.0 rJ в реакции
разложения пероксида водорода. Определены эффективная, адсорбционная константы и скорости реакции. Вычислены
величины энергии активации. Высказано предположение о механизме реакции. Показано, что синтетические yrли, содержащие
L2-1.5 % азота, перспективны как матрицы в реакции восстановления молекулярного кислорода в щелочных растворах.
При создании кислородных электродов для
электрохимических источников тока в качестве
электродных масс или носителей электродных
масс и носителей катализаторов широко исполь
зуют различные углеродные материалы [1]. Обус
ловлено это тем, что последние, являясь катали
заторами реакции восстановления кислорода и
имея высокоразвитую поверхность, обладают воз
можностью модифицирования ее металлами или
их координационными соединениями. Это позво
ляет создавать различные каталитические конст
рукции иа их основе.
Известно, что существует корреляция между
активиостыо катализатора в реакции электрохи
мического восстановления кислорода и каталиги
ческого разложения пероксида водорода [3]. Объ
ясняется это тем, что реакция электрохимическо
го восстановления кислорода протекает через
стадию образования и каталитического разложе
ния пероксида водорода на электроде [2]. Поэтому
часто применяют эту реакцию как модельную для
подбора и оценки катализаторов электрохимиче
ского восстановления кислорода.
В работе [4] отмечается каталитическая ак
тивность угля СКН-М, содержащего 2.1 % азота,
в реакции разложения пероксида водорода, ио не
определены кинетические параметры процесса.
Целью данной работы было изучение катали
тической активности синтетических углей СКН,
полученных карбонизацией с последующим акти
вированием азотсодержащего пористого сополиме
ра [5] и содержащих различное количество азота.
Номер катализатора' 1 2 3 4 5 6
'Содержание азота, %. 1.0 U-l.5· 1.5-2.0 . 2.О-З.О 3.0-5.0' 6.0
© в. с. Кублановский, С. Я. Обловатная, 2000
18
Основные характеристики всех катализаторов
были о~инаковы : насыпная плятность 400
500 г/см; объем пор 9.55-0.65 СМ /г; удельная
поверхность 550-600 м/г.
с целью удаления воздуха из пор перед
испытанием навеску катализатора (0.2 г) кипяти
ли в дистиллированной воде в течение 30 МИН.
ДЛЯ исследования применяли 6%-й пероксид
водорода квалификации "х, ч,", концентрацию
которого определяли методом перманганатомет
рии ~6). Объем раствора в каждом опыте составлял
2 СМ. Реакцию разложения осуществляли в
SO см3 6М раствора КОН.
Каталитическую активность образцов опреде
ляли газеметрическим методом в термостатируемой
ячейке специальной конструкции, что позволяло
одновременно с измерением объема выделившегося
кислорода измерять потенциал образца относитель
но насыщенного хлорсеребряного электрода. Про
цесс каталитического разложения пероксида BOДO~
да исследовали в диапазоне температур 20-60 с.
Скорость реакции разложения пероксида водо
рода определяли измерением объема выделившего
си кислорода во времени. Результаты измерения
объемов кислорода приводили к нормальным усло
виям С учетом парциальногодавления насыщенно
го пара. Объем выделившегосягаза первоначально
замеряли через каждые IS с, а по истечении
1.5 мин - через БО с. Процесс проводили при
непрерывном перемешивании раствора магнитной
мешалкой. Эксперимент считали законченным,
когда объем выделившегося кислорода составлял
несколько больше половины объема, КОТОрЫЙ
может выделиться при полном разложении Н202е
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ. ЖУРИ 2000. Т. 66, N~ 1
Рис. J. Зависимость скорости разложения пероксида водоро
да от времени в 6 молы�л КОН. Содержание азота в
активированном угле, %: J - 1.0; 2 - 1.2-1.5; 3 - 1.5-2;
4 - 2-3; S - 4-5; 6 - 6.
1.0 431 0.40 0.40 8.22 0.49
12-1.5 174 115 110 5.87 1.96
1.5-2.0 150 1.16 1.15 5.94 1.94
2.0-3.0 0.16 3.83 0.41
3.0-5.0 0.15 4.35 0.35
*Н86Лt с-
1
Азот, % T1I2. с
I
КА ·10-2 kc·l0
3
ПО (4) по (5)
Номер Температура, ос
катали-
затора 20 60
1 4.90·10-4 8.50·10-4 1.55 ·10-3 2.29·10-3 3.63·10-3
2 1.96 ·10-3 2.85·10-3 4.80·10-3 5.75 ·10-3 8.92 -10-3
3 1.94 ·10-3 2.83·10-3 4_78-10-3 5.73·10-3 8.85-10-3
4 4.07·10-4 5.37·10-4 1.26 ·10-3 2.14 ·10-3 3.63·10-3
5 3.52·10-4 6.17 ·10-4 1.10 ·10-3 1.91·10-3 3.24·10-3
Периоды полураспада (fI/2)' определенные из
экспериментальных данных, для изученных нами
углей N2 1-3 (табл, 1) составили 431, 174 и 150 с
соответственно. Значения kнабл, вычисленные по
уравнению (5), сведены в табл, 2. Там же представ
лены величины наблюдаемых констант скоростей,
рассчитанные по уравнению (4). Средние значения.
констант скоростей реакции разложения пероксида
водорода на различных катализаторах, определенные
из трех параллельных опытов, находили из накло-на
прямолинейных зависимостей 19 (V00- Vt ) - t'. Резуль-
таты этих измерений сведены в табл. 1.
Как видно из табл, 1, максимальная величина
константы скорости реакции разложения пероксида
водорода наблюдается для углей, содержащих 1.2
1.5 и 1.5-2.0 % азота в составе катализатора. Учи
тывая, что kнабл == kcKA, были определены величины
констант адсорбции. Довольно высокие значения
адсорбционной константы свидетельству~ о том,
что адсорбция H2~ на поверхности этих катали
заторов протекает практически без затруднений,
Для определения энергии активации процесса
разложения пероксида водорода в присутствии
азотсодержащих катализаторов Nq 1-5 были
определены константы скорости при различных
температурах (20-60 ОС). Поскольку в присутст
вии катализатора, содержащего 6 % азота, про
цесс разложевия кислорода при нормальных ус
ловиях практически не идет, мы его в дальнейшем
Таблица 2
величины констант скоростей процесса разложения 8202 на
различных катализаторах в зависимости ОТ температуры
Таблица 1
Параметры реакции разложения H20~ в присутствии углей
катализаторов с различным содержанием азота
(4)
1
J
120 1111IJ
80
60
NJ
20
Типичные кривые разложения пероксида во
дорода на исследуемых катализаторах приведены
на рис. 1. Из него ВИДНО, что наибольшей катали
тической активностью обладает активированный
екн уголь с содержанием от 1.2 до 2.0 % азота.
Угли СКН, содержащие 6.0 % азота, практиче
ски каталигически неактивны в реакции разло
жения пероксида водорода.
HA~
2.3.lg V 00
kнабл= V У.ar 00- l'
Используя приведенные выше соотношения,
определили константы - наблюдаемую, скорости
реакции и адсорбции. Кроме того, константу ско
расти реакции разложения Н202 определяли по
величине периода полураспада
ln2
"'1/2 = ь:«:: (5)
а набл
Объем кислорода, отвечающего полному разло
жению пероксида, рассчитывали по формуле
Vао = Сп;vn ·22400 • (1)
где. СП - концентрация Н202, моль/смз; Уn
объем Н202..
Как показано в [7], реакция разложения
пероксида водорода при низкой .его концентрации
в растворе протекает по первому порядку и ско
роеть гетерогенно-каталитического разложения
можно записать как
v = kcKACn , (2)
где kc - константа скорости реаКЦИИ, КА
константа адсорбции. Если скорость реакции раз
ложения Н202 выразить через объем выделивше
гося в единицу времени кислорода (дУ o~ar), то с
учетом массы катализатора (т) и общего объема
раствора (М уравнение (2) можно записать в
следующем виде:
aVo~crr = kнабл(V00- Ут) а , (3)
где kнабл= kcKA - наблюдаемая коистанта скорости,
а a=m/W (в нашем случае а=а4·10-3 г/смЗ). Ин-
тегрирование (3) и решение его относительно
kнабл дает
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ. ЖУРИ. 2000. Т. 66, N~ 1 19
не исследовали. Величины констант скоростей
сведены в табл. 2.
Как видно из табл. 2, максимальные значения
средних величин констант скоростей наблюдаются
для углей, содержащих 1.2-2.0 % азота. На рис. 2
представлены температурные зависимости логариф
мов констант скоростей разложения пероксида
водорода на различных катализаторах. Рассчитан
ные из этих зависимостей величины эффективной
энергии активации составляют для углей N2 1 40.5,
дЛЯ NQ 2 И 3 - 29.1 и дЛЯ NQ 4 и 5 - 44.4 КДЖ/МОЛЬ.
~!_-.a. --.L.._~--'-_.L___.a.....__L_
~O
Рис. 2. Температурная зависимость логарифма константы ско
рости реакции разложения пероксида водорода в присутствии
синтетических углей с различным содержанием азота <обозна
чения, как на рис. 1).
Полученные экспериментальные данные свиде
тельствуют о ТОМ, что лимитирующей стадией
реакции разложения пероксида водорода на азот
содержащих катализаторах Nq 2 и 3 может быть
адсорбция или образование поверхностных перекис
ных соединений.
Вероятно, определяющей скоростью реакции в
этом случае может быть следующая схема
диссоциация молекулы Н202 по уравнению
(Н20)аде + Н202 -. (НЭО+)адс + НО2- • (6)
Так как теплоты образования Н20 и нзо+ на
катализаторе одинаковы [81 то при соизмеримых
теплотах адсорбции Н20 и нзо+ на катализаторе
для протекания реакции (6) требуется =28
кДж/моль. Полученная величина теплового эффек
та реакции (6) близка по своему значению к
найденному экспериментально значению энергии
активации каталитическо~ разло)Кения пероксида
водорода на катализаторах N4l 2 и з. Образовавши
еся по реакции (6) ионы могут рекомбинировать:
НО2- + Н202 .. Н20 + 02 + ОН- ; (7)
(НЗО+)адс + ОН- -+ Н20аде + Н20 , (8)
а затем участвовать в продолжении цепи по
реакции:
ОН- + Н202 -+ Н20 + H{}z- . (9)
Это способствует протеканию суммарной
реакции:
(10)
Можно предположить, что каталитическое дей
ствие углей СКН, содержащих 1.2 и 1.5 % азота,
проявляется по реакции (6), так как чем больше
ионов нэо+ адсорбировано на поверхности катали
затора, тем больше ионов НО- будет находиться в
растворе и тем выше скорость разложения Н202.
Для углей N2 1, 4, 5 высокое значение энергии
активации, вероятно, связано с электрохимическим
переносом электрона либо гетерогенной реакцией с
образованием радикалов.
Таким образом, проведеиные исследования по
казали, что синтетические азотсодержащие активи
рованные угли по своей каталитической активности
в реакции разложения пероксида водорода близки
к некоторым высокоактивным материалам [9] и
могут быть перспективными матрицами в реакции
восстановления молекулярного кислорода в щелоч
ных растворах.
РЕЗIОМЕ. 8ивчено каталiтичну активнiеть синтетичного
вугiлля, що мiстить рiзну кiлькiсть азоту 0.0-6.0 %) в реакцii
розпаду пероксиду водню. Визначено ефеКТИВНУ7 адсорбцiйну
констаяти та константу швидкостi реакцй, Обчислено величини
енергй активацii. Запропоновано уявлення про механiзм реакцii.
Показаио, що синтетичне вугшля, яке мiстить 1.2-1.5 % азоту,
може бути перспективним як матриця 8 реакцй вщновлеиня
молекулярного киеню в лужних розчинах.
SUMMARY The catalytic activity of synthetic carbons
containing different ашошпв of nitrogen (1.0-6.0 %) in, hydrogen
peroxide decomposition reaction has Ьееп studied. The effective
constant, adsorption constant and reaction rates have Ьееп
determined. Асtivаtiоп energy values have Ьееп calculated. А
suggestion to the reaction mechanism has Ьееп made. It has been
shown that synthetic сагЬоns containing 1.2-1.6 % nitrogen promise
much as matrices in molecular oxygen reduction reaction in alkaline
solutions.
1. Т'врвсевич М. Р. Электрохимия углеродных материалов. -М.:
Наука, 1984.
2. Физшитих В. Топливные элементы. -М.: Мир, 1968.
з. СОФРОНКО8 А. 1/., Короленко Л. Н., Яковенко В. с. //
Электрокатализ и электроквгалитические процессы, -Киев:
Наук. думка, 1986.
4. Щербuщcuд А В., Квртель Н. Т., Михвловский с. В. U др. 1/
Адсорбция и адсорбенты. -1983. -Вып, 11. -с. 80-84.
s. Николаев В. Г., Стрелка В. В. Гемосорбция на активиро
ванных углях. -Киев: Наук. думка, 1979.
6. Бобка А. К., Пятниикий И. В. Количественный анализ. -М.:
ВЫСШ. ШК., 1968.
7. Глуща" Т. С., Белинский В. Н., Картель Н. Т. u др. / / Докл.
АН УССР. Сер. Б...1988. -NQ 5. С. 35-38.
8. Караnеmян.ц М. Х., Кврвпетяни; л. М. Основные термоди
намические константы неорганических и органических ве
ществ. -М.: Химия, 1968.
9. Кукушкине И. А., Штейнберг Г. В., Тарасевuч М. Р. //
Электрохимия. -1981. N2 2. -с. 234-240.
Институт общей и неорганической химии им. В. и. Вернадского НАН Украины, Киев Поступила 29.07.99
20 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ. ЖУРИ. 2000. Т. 66, N~ 1
|