180791. lajstromszámú szabadalom • Kompozició hidrgén és oxigén előállítására víz bontása útján
3 180791 4 Az alkálifém-aluminium-higany amalgámot kiegészítjük katalitikus hatású katalizátor ötvözettel, amelynek az a szerepe, hogy a hidrogén fejlődés körülményei között az amalgámot az aktív fém állapotra regenerálja. Lényeges, hogy a katalizátor ötvözet platinát tartalmazzon. A katalizátor ötvözet általában platinából és germánium, antimon, gallium, tallium, indium, kadmium, bizmut, ólom, cink és ón elemek közül legalább egyből áll. A katalizátor előnyösen platinából és germánium, antimon, gallium, tallium, indium és kadmium elemek közül legalább egyből áll. A katalitikus aktivitást tovább növelhetjük kismennyiségü cirkónium és króm adagolással. Ólmot és/vagy aranyat is keverhetünk a katalizátorötvözetbe, hogy csökkentsük annak olvadáspontját. Az ötvözet és az amalgám egymáshoz viszonyított súlyaránya kb. 1 : 1-től 1 : 5-ig terjedhet, előnyösen pedig kb. 1 : 2-től kb. 1 : 3-ig terjed. Az ötvözetből és amalgámból álló kompozícióhoz kiegészítő anyagot is adhatunk, melynek szerepe az, hogy hígítsa az amalgám-ötvözet keverékét és, hogy elnyelje, elvezesse azt a hőt, amely az amalgám és ötvözet keverék vízzel való érintkezésekor keletkezik. A kiegészítő előnyösen réz, de ón, bizmut vagy gallium is betöltheti a kiegészítő szerepét. Az amalgám és az ötvözet és az adott esetben jelenlévő kiegészítő anyag legcélszerűbben egy szilárd blokkot (tömböt) képeznek, ezért a továbbiakban erre úgy hivatkozunk, mint reaktor blokkra. Ha kiegészítőt is használunk, akkor a reaktor blokk nagyrészét az teszi ki. Bár nem kívánjuk magunkat a következő magyarázathoz kötni, feltételezzük, hogy a víz az alkálifémmel, például a nátriummal reagál, és az alumínium szabaddá teszi a hidrogént és Na3Al(OH)6 vegyületté alakul. A Na3Al(OH)6 nem stabil és, ha az ötvözet is jelen van a Na3Al(OH)6 képződés körülményei között, akkor az H2 és 02 képződés közben elbomlik, és az amalgám regenerálódik. Az ötvözet valószínű szerepe az, hogy katalizálja a víz bomlását, és ezáltal megnövelje az amalgám hasznos élettartamát. A folyamatokat a következőképpen írhatjuk le. 2Na+2H20 = 2NaOH + H2 6H20 + 2A1 + 6NaOH = 2Na3Al(OH)6 + 3H2 Na3Al(OH)6 = 3Na+Al + 3H2 + 302 Előnyös, ha a katalizátor ötvözet krómot is tartalmaz. A króm bekeverésének az a látható eredménye, hogy csökkenti a reakcióhőt. Az ötvözetben általában az ötvözetre számítva 0,7—1,1 súly% előnyösen 0,8—0,9 súly% króm van jelen. Az ötvözet és az amalgám együttes súlyára számítva, a komponensek egyenként kb. 0,4-tői 28,5 súly%-ig lehetnek jelen. Az előnyös ötvözet kb. 0,7—1,1 súly% platinát, kb. 42,9— 71,5 súly% ólmot, kb. 25,5—42,5 súly% antimont; kb. 0,7— 1,1 súly% krómot, kb. 4,1—6,8 súly% cirkóniumot és 1,1— 1,9 súly% aranyat tartalmaz. Az előnyös tartományban lévő egyik speciális példa szerinti ötvözet kb. 0,9 súly% platinát, kb. 57,3 súly% ólmot, kb. 34,0 súly% antimont, kb. 0,9 súly% krómot, kb. 5,4 súly% cirkóniumot és kb. 1,5 súly% aranyat tartalmaz. A nátrium-alumínium-higany-amalgámot a szokásos módszerekkel készítjük, de közömbös atmoszférában. Az amalgám képződést elősegíti az emelt hőmérséklet, előnyösen a 200 C° körüli, ± 10 C° eltéréssel. Az amalgámot kb. 10 percig tartjuk ezen a hőmérsékleten, ha 100 g-ot készítünk, és minden további 100 g növekedés esetén kb. 1 perccel növeljük ezt az időt. A kapott amalgámot közömbös atmoszférában hűtjük le, általában szobahőmérsékleten. A közömbös atmoszféra hélium vagy nitrogén is lehet. A hűtést exszikátorban hajtjuk végre, hogy az amalgám és a viz érintkezését megakadályozzuk. Az amalgám és valamennyi, találmány szerinti kompozíció készítése során különösen ügyelnünk kell az oxigén kizárására, mivel megfigyelésünk szerint az oxigén a kész anyagot mérgezi. Az ötvözetet bármely jól ismert módon elkészíthetjük, de közömbös atmoszférát kell alkalmaznunk. Az ötvözetet a szilárdságtól (praktikusan a hűtéstől függő) valamilyen módszerrel megőröljük legalább 1,7 mm átmérőjű szemcsékre vagy kisebbekre. A hűtést exszikátorban hajthatjuk végre, hogy az oxigén és a szennyezés jelenlétét kizárjuk, mivel ezek károsak a készítés során. Az őrléshez bármely jólismert eszköz, például golyós, kalapácsos és/vagy zúzómalmot használhatunk. Az ötvözetet és az amalgámot bensőleg alaposan összekeverjük, hogy a kettő homogén keverékét kapjuk. A katalízis konkrét folyamata nem ismert, de a katalízis általában felületi jelenség és a találmány kialakításánál megállapítottuk, hogy a katalízis függ az amalgám és a katalizátor-ötvözet szemcse méretétől és természetétől, valamint a keverék homogenitásától. Az amalgám és a katalizátor ötvözet keverékét használhatjuk szemcsés alakban, például fluid ágy vagy más belső diszperzió alakjában (1), vagy sajtolással, illetve szinterezéssel előállított pórusos test alakjában (2), vagy az amalgám és a katalizátor összeötvözésével előállított szilárd test alakjában. Az ötvözés azt jelenti, hogy az amalgámot és az ötvözetet összekeverjük és a keveréket közömbös atmoszférában a keverék olvadáspontjának hőmérsékletére melegítjük. Bármelyik előző kiviteli alak előállítható úgy is, hogy még egy kiegészítő anyagot, így például galliumot, ónt, bizmutot vagy előnyösen rezet tartalmaz. A kiegészítő az aktivitás mértékének variálására és a hő elnyelésére szolgál, hogy az alumínium — nátrium-hidroxid képződés hőjének legalább egy részét visszatartsa, és elősegítse a nem stabil hidroxid fémre, oxigénre és hidrogénre való bomlását. A kiegészítőnek az amalgámhoz és a katalizátor ötvözethez való keverhetőségét azzal biztosítjuk, hogy olyan szemcseméretű alakban alkalmazzuk, ami összevethető a többi komponens szemcseméretével azaz, hogy kb. 1,7—0,15 mm. szemcseméretű legyen. 1. példa Az amalgám készítése 35,144 súlyrész nátriumot, 13,749 súlyrész alumíniumot és 51,107 súlyrész higanyt grafit tégelyben, 200 C°-on, közömbös nitrogén atmoszférában alakítunk át amalgámmá. Az előállított amalgámot nitrogén atmoszférában, exszikátorban lehűtjük. Ezek után szilárd amalgámot kapunk, ami keverés hatására el fog folyósodni. Igen fontos megjegyezni, hogy az amalgámot közömbös atmoszférában kell készíteni, az időelőtti hidroxid képződés megakadályozására. Az amalgám alkalmazása Az amalgámot egy tartályba tesszük úgy, hogy egy felülete szabad legyen. A szabad felületre vizet permetezünk vagy 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
