5
Каталитические системы в реакции окисления метана
Таким образом показано, что наиболее перспективной для полного
сжигания CH
4
до CO
2
оказалась система Fe(3+)/силикагель.
Энергия реакции окисления метана:
СH
4
(г) + 2O
2
(г) = СO
2
(г) + 2H
2
О(ж) + 890 кДж
есть достаточно большая величина. Проблемой является то, что данные
топливные элементы и сенсоры работают в большинстве своем при
высоких температурах, которые и можно увеличить за счет селективных
катализаторов. Поэтому в данном контексте мы можем говорить о соз-
дании топливных ХИТ. Механизм работы этого топливного элемента
заключается в непрерывной подаче топлива (метана), на один из элек-
тродов, непосредственно на котором идет окисление газа. На другой
электрод подается окислитель (кислород). Выделяющиеся в растворе
гидроксид-ионы способны перемещаться от катода к аноду, тем самым
создавая электрический ток [18].
Таким образом, еще предстоит найти и рассчитать, какой катализа-
тор окажется экономически выгодным [16].
Аналог железа
в периодической системе Менделеева — рутений.
У рутения размер электронной оболочки и электроотрицательность
значительно выше, чем у железа [16]. Можно полагать, что рутений
окажется достаточно активным катализатором для конструирования на
его базе XИT-CH
4
,тем более что проблема восстановления кислорода
практически решена для водородных топливных элементов на основе
сравнительно недорогих электрокатализаторов.
Выбор рутения для использования имеет косвенное обоснование в
работах [20 — 22], где показано, что в реакциях CO
2
-реформинга угле-
водородов природного газа электрокатализаторы располагаются по ак-
тивности в следующий ряд Ru ˃ Rh ˃ Ir ˃ Pt, Pd.
Соли железа же достаточно эффективны в мягком окислении. В дан-
ном исследовании мы предполагаем, что аналог железа по группе в та-
блице Менделеева — Ru, имеющий значительно бóльшую электронную
оболочку, может стать хорошим катализатором как для мягкого окисления
метана.
Экспериментальная часть
. Реакции проводились в кварцевом ре-
акторе проточного типа при атмосферном давлении, объемной скоро-
сти, равной 7400 час
–1
, в интервале температур 300 — 700 °C по опи-
санной ранее схеме [10].
В качестве катализаторов использовались:
1) Me
x
O
y
— Ru (где Me
x
O
y
— SiO
2
, TiO
2
, ZrO
2
, Al
2
O
3
), процентное
содержание рутения —1,5 %;
2) RuCl
3
/SiO
2
, процентное содержание RuCl
3
— 0,5%.
