Гопкали́т (англ. hopcalite) — катализатор, на котором монооксид углерода (CO) окисляется кислородом воздуха до диоксида углерода. Состоит, как правило, из смеси оксида марганца(IV) и оксида меди(II) (классический гопкалит), а также с добавками оксида серебра и оксида никеля(III) (т. н. гопкалит I)[1].
Получение
правитьХотя обычно катализаторы на основе гопкалита получают путём прокаливания однородных смесей оксидов и карбонатов[2], для производства гопкалитов в лабораторных и промышленных масштабах чаще всего применяются различные методы, такие как механическое перемешивание тонкодисперсных оксидов металлов, соосаждение из растворов их солей, термическое разложение смесей нитратов и карбонатов металлов, одностадийный синтез посредством пиролиза пламенным распылением из органических и неорганических веществ-предшественников. Также описаны наноразмерные гопкалитные катализаторы[3].
Хотя катализаторы на основе гопкалита использовались на практике в течение десятилетий, многие вопросы относительно механизма их действия всё ещё остаются открытыми. Это связано с их сложной структурой, затрудняющей получение информации об активных центрах и механизмах катализа и дезактивации. Предлагалась модель, в которой механизм действия объясняется адсорбцией монооксида углерода и кислорода на поверхности оксидов металлов с образованием комплекса [CO3][4]:
CO(газ) = CO(адс.),
O2 (газ) = O2(адс.),
CO(адс.) + O2(адс.) = [CO3](адс.).
Далее происходит реакция комплекса с избытком адсорбированного CO:
CO(адс.) + [CO3](адс.) = 2CO2 (газ).
Применение
правитьГопкалит находит широкое применение в средствах индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) и средствах коллективной защиты. Долгое время гопкалит применялся при производстве дополнительных патронов ДП-1 для фильтрующих противогазов. Дополнительный патрон ДП-1 получили широкую известность под названием "гопкалитовый патрон". В настоящее время выпуск дополнительных патронов ДП-1 прекращен. Тем не менее, гопкалит по-прежнему широко распространен при производстве СИЗОД. На его основе разработаны и серийно производятся комплекты фильтров специальных ПЗУ-ПК, комбинированных фильтров ВК 450 и большое количество разнообразных промышленных фильтров марки SX(CO) для фильтрующих противогазов; фильтрующие самоспасатели, предназначенные для использования в условиях пожаров, такие как: ГДЗК-EN, ГДЗК-У, ГДЗК-А и другие, а также фильтрующие самоспасатели для горнорабочих СПП-4. Также гопкалит применяется в приборах для контроля над содержанием монооксида углерода (CO) в помещениях. Действие приборов основано на регистрации теплоты, выделяющейся при каталитическом окислении монооксида углерода (CO) до диоксида углерода (CO2). Водяные пары отравляют катализатор. Для защиты от паров воды вводят дополнительный фильтр-осушитель[5], например, на основе силикагеля.
Хотя в основном гопкалит используется для катализа превращения CO в CO2, он также иногда применяется для очистки газовой смеси от окиси этилена и других летучих органических соединений, а также озона. Кроме того, гопкалит катализирует окисление различных органических соединений при повышенных температурах (200–500 °C).
Также имеются данные по применению гопкалита в качестве стабилизатора состава газовой среды в CO2-лазерах[6].
Производство в Российской Федерации
правитьВ Российской Федерации существует только одно предприятие, осуществляющее производство гопкалита — ОАО "Электростальский химико-механический завод имени Н. Д. Зелинского", расположенное в городе Электростали Московской области.
См. также
правитьПримечания
править- ↑ Christopher Jones, Stuart H. Taylor, Andrew Burrows, Mandy J. Crudace, Christopher J. Kiely. Cobalt promoted copper manganese oxide catalysts for ambient temperature carbon monoxide oxidation // Chemical Communications. — 2008. — Вып. 14. — С. 1707. — ISSN 1364-548X 1359-7345, 1364-548X. — doi:10.1039/b800052m.
- ↑ G.G. Xia, Y.G. Yin, W.S. Willis, J.Y. Wang, S.L. Suib. Efficient Stable Catalysts for Low Temperature Carbon Monoxide Oxidation (англ.) // Journal of Catalysis. — 1999-07. — Vol. 185, iss. 1. — P. 91–105. — doi:10.1006/jcat.1999.2484. Архивировано 5 июня 2018 года.
- ↑ Xiaowei Xie, Yong Li, Zhi-Quan Liu, Masatake Haruta, Wenjie Shen. Low-temperature oxidation of CO catalysed by Co3O4 nanorods (англ.) // Nature. — 2009-04. — Vol. 458, iss. 7239. — P. 746–749. — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687. — doi:10.1038/nature07877. Архивировано 4 сентября 2021 года.
- ↑ (а) Происходит адсорбция окиси углерода и кислорода, а затем — ... - Справочник химика 21. chem21.info. Дата обращения: 19 марта 2021.
- ↑ Олонцев В.Ф., Олонцев В.В. 7.2. Создание универсальной ФПК марки М с фильтром // Научные основы создания фильтрующих противогазов. — Пермь: Пермский ЦНТИ, 2005. — С. 151. — 177 с. — 100 экз. — ISBN 5-93978-031-8.
- ↑ В. Ю. Баранов, Г. Ф. Дроков, В. А. Кузьменко, В. С. Межевов, В. В. Пигульская, “Стабилизация состава газовой среды импульсно-периодического CO2-лазера с помощью гопкалита”, Квантовая электроника, 13:5 (1986), 989–992 [Sov J Quantum Electron, 16:5 (1986), 645–647]. www.mathnet.ru. Дата обращения: 19 марта 2021.
В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |