Разработка технологии получения катализаторов на основе оксида цинка для фотокаталитического разложения фенола

Разработан метод растворного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получения оксида цинка высокой степени химической чистоты, c размером получаемых частиц до 100нм, и площадью удельной поверхности порядка 60 м2/г. Разрабатываемый метод основан на самораспространяющейся, самоподдерживающейся высокоэкзотермической химической реакции, которая протекает между компонентами на основе систем, содержащих в своем составе окислитель (нитрат металла) и горючее (растворимые в воде амины, органические кислоты и др), которые растворены в дистиллированной воде. Данный позволяет путем изменения начальных условий проведения синтеза легко управлять и контролировать такие выходные характеристики синтезируемых материалов, как: структуру (морфологию поверхности, размер получаемых частиц), строение (структура кристаллической решетки, дефектность, межплоскостное расстояние, размер кристаллитов). Данный метод отличатся простотой, отсутствием необходимости использования дорогостоящего оборудования (для проведения синтеза достаточно типового оборудования химической лаборатории), низкими временными затратами – общее время проведения синтеза от момента подготовки реакционного раствора до получения готового материала составляет порядка 25-45 минут, отсутствием вредных факторов, высокой химической чистотой получаемых материалов. Данный состоит из следующих этапов: подготовка реакционного раствора (смесь горючего и окислителя растворенных в дистиллированной воде), выпаривание реакционного раствора в муфельной печи или на электрической плитке, формирование гелеобразного продукта, переход геля в состояние ксерогеля (геля потерявшего полностью или частично связанную воду), самовоспламененение ксерогеля, прохождение волны горения в самоподдерживающимся и самораспространяющимся режиме горения с формированием твердого продукта синтеза, размол, если необходимо, полученного материала до порошкообразного состояния. Разрабатываемый процесс растворного СВС можно будет контролировать, изменяя соотношение в исходном реакционном составе такие параметры раствора как: горючее/окислитель, тип горючего, использование смесей различных по своей природе горючих. Сегодня существуют следующие аналоги промышленного получения фотокатализаторов на основе оксида цинка: золь-гель метод, гидротермальный синтез, микроэмульсионный метод, плазмохимический синтез, метод электрического взрыва проводников, метод осаждения и другие. Данные технологии не позволяют легко регулировать структуру получаемых материалов, требуют больших затрат энергии, обладают высокой продолжительностью прохождения всех этапов синтеза, характеризуются наличием большого количества производственных этапов/циклов, требуют использование дорогостоящего оборудования, включают в себя обязательную прокалку получаемых продуктов, для удаления примесей в составе образцов. Полученный метод растворного СВС оксид цинка будет применяться на предприятиях полного цикла — нефтехимических, угольных и деревообрабатывающих. Для реализации метода растворного СВС оксида цинка необходимо использование следующих видов сырья/исходных компонентов: окислитель – Zn(NO3)2 - нитрат цинка (II) - 250 руб./кг.; горючие – СO(NH2)2 - мочевина = 110 руб./кг., C6H8O7 - лимонная кислота = 230 руб./кг., C2H5NO2 - глицин = 365 руб./кг. Себестоимость продукта, получаемого данным способом, будет составлять не более 2000 руб. Механизм реализации инновационной идеи. Метод растворного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза основан на самоподдерживающейся экзотермической реакции взаимодействия компонентов на основе систем, содержащих окислитель и горючее. Процесс растворного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза можно контролировать, используя смеси различных горючих. Технологические требования, предъявляемые к получению данных фотокатализаторов, будут существующими: реакционный раствор будет выливается в металлическую емкость, изготовленную из латуни, которая будет уславливаться в вытяжной шкаф на электрическую плиту мощностью 1500 Вт с максимальной температурой нагрева 210°С. Для предотвращения выброса порошка во время синтеза емкость будет закрываться мелкоячеистой металлической сеткой. Реакционный раствор будет, нагреваться до состояния кипения. При этом в процессе кипения раствора будет, происходит сгущение раствора и интенсивное выделение газообразных веществ. После испарения части дистиллированной воды в чаше будет, образовываться гелеобразный продукт. Температура геля будет увеличиваться до температуры воспламенения геля, после достижения которой произойдет самопроизвольное воспламенение и сгорание геля. В процессе сгорания геля образуется высокопористый спек, который легко будет разрушить до состояния порошкового материала. Получаемые катализаторы необходимо будет хранить в закрытых помещениях с нормальной влажностью окружающего воздуха, не допускать резких перепадов температур, температура хранения от -25 градусов Цельсия до +30 градусов Цельсия. Катализаторы будут храниться в таре - железных бочках объемом не более 50 литров. Транспортировка катализатора допускается только при наличии полного пакета документов на продукцию. Осуществление перевозок необходимо проводить на транспорте, который обеспечивает устойчивое положение тары и не допускает ее повреждение и опрокидывание. Требование по эксплуатации включает в себя использование получаемого катализатора в следующих формах: в насыпном виде, в суспендированном виде и в форме взвеси. Также допускается применение данного катализатора в форме материала, нанесенного на инертный носитель. Квалификация персонала допускаемого до работ с использованием разработанного фотокатализатора должна соответствовать требованиям персонала предприятий относящихся к категории квалифицированных и высококвалифицированных работников.