Водород в металлах и сплавах
ПРИМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО МЕТОДА В ПРОЦЕССЕ ОСАЖДЕНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПАЛЛАДИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ СЕНСОРОВ ВОДОРОДА
Б. А. Спиридонов, В. Н. Ермилин
Воронежский государственный технический университет Московский пр., 14, Воронеж, 394026, Россия
Проблема создания эффективных катализаторов гидрирования, восстановления водородом, является актуальной. Известно, что палладий — один из немногих металлов, отвечающих этим свойствам. Так, например, один объем Рd при 80 0С может поглотить до 900 объёмов водорода. В присутствии Pd водород даже при низких температурах в темноте легко восстанавливает галогены, переводит SO2 в Н^, С103 в С12 и т. д. [1]. Палладий нашёл широкое применение в качестве катализатора гидро- и дегидрогенизации, изомеризации органических соединений, при удалении следов 02 в водороде, изготовлении низкочастотных электрических контактов, для изготовления ювелирных изделий, резисторов термопар, для нанесения защитных и декоративных покрытий и др. [2].
Предварительными исследованиями нами было установлено, что палладий может быть использован в датчиках, контролирующих содержание водорода в газовых средах. Для создания таких датчиков в качестве материала-основы был использован ситалл, который получают при объёмной кристаллизации стекла. Размер микрокристаллов — менее 1 мкм, а содержание кристаллической фазы находится в пределах от 25 до 95 %. Ситаллы характеризуются комплексом ценных свойств, зависящих от природы оксидов, образующих кристаллическую и стеклообразную фазы, и количественным соотношением этих фаз. Большинство си-таллов обладают высокой механической прочностью, термостойкостью, низким термическим коэффициентом расширения, высокой диэлектрической проницаемостью, водоустойчивостью и газопроницаемостью. Ситаллы на основе Zi2O-Al2O3-SЮ2 оптически прозрачны, на основе MgO-Al2O3-SiO2 радиопрозрачны, на основе Сs2O-Al2O3-SiO2 жаростойки, инертны к расплавленным металлам [2].
При нанесении на поверхность ситалла оксидов некоторых металлов образующаяся композиция характеризуется способностью реагировать на содержание водорода в газовой фазе. Можно предположить, что внедрение Pd в эту композицию должно усилить полученный эффект и, таким образом, увеличить чувствительность датчиков по водороду.
Поскольку композиция ситалл — МеО является диэлектриком, проводить палладирование электрохимическим методом не представляется возможным. Наиболее практически приемлемым может быть химический метод палладирования.
Из практики металлизации диэлектриков известно, что наибольшее применение получил химико-электрохимический метод [3, 4], который включает три основных процесса: подготовка поверхности, получение электропроводного слоя, нанесение гальванических покрытий. Из этих трех процессов для палладирова-ния может быть использован только первый — подготовка поверхности, которая включает операции обезжиривания, травления, сенсибилизирования и активирования. Последняя операция включает нанесение на подготовленную поверхность диэлектрика палладия. Активирование заключается в том, что на поверхность диэлектрика химическим методом наносятся чрезвычайно малые количества палладия, которые катализируют реакцию химического восстановления. Образование каталитического слоя палладия, находящегося в коллоидном состоянии, — процесс весьма сложный и осуществляется в две стадии. Первая стадия, называемая сенсибилизацией, заключается в нанесении на поверхность диэлектрика раствора, восстанавливающего палладий. Вторая стадия предусматривает погружение в раствор хлорида палладия и восстановление его до металлического состояния в пленке раствора, прилегающей к поверхности диэлектрика. Кислые растворы хлорида олова (II) подвергаются гидролизу с образованием малорастворимых продуктов Sn(OH)15Cl05 и более сложных химических соединений. Они закрепляются на обрабатываемой поверхности слоем толщиной от 10-4 до 10-1 мкм. Чаще всего для сенсибилизации используют раствор, содержащий SnCl2 и HCl.
Для проведения исследований были изготовлены модельные образцы-пластины из ситалла размером 30X10X1 мм, на поверхность которых методом напыления электронным лучом наносили оксиды некоторых металлов (MnO, SnO и др.).
Обезжиривание образцов проводили в растворе, содержащем тринатрийфосфат, карбонат калия, гидроксид натрия и поверхностно-активную добавку 0C-20 при температуре 60-70 0C в течение 10-15 мин. После отмывки в горячей и проточной воде образцы подвергали травлению в смеси концентрированной H2SO4 и бихромате калия (20-30 г/м) в течение 20 мин. После отмывки в воде образцы помещали в раствор сенсибилизации, содержащий хлорид олова (II) и HCl, и выдерживали 1-10 мин в
ISJAEE Специальный выпуск (2003)
Второй международный симпозиум «Безопасность и экономика водородного транспорта»
IFSSEHT-2003
зависимости от толщины нанесенной на поверхность ситалла оксидной пленки металла. После отмывки в проточной холодной воде образцы помещали в раствор активирования, содержащий хлорид палладия (II) и HCl, и выдерживали при комнатной температуре в течение 1-3 мин.
Исследованиями установлено, что наиболее положительные результаты получены для композиции ситалл-SnO-Pd.
Список литературы
1. Ахметов Н. С. Неорганическая химия. Учеб.по-собие для вузов. Изд. 2-е. М.: Высшая школа, 1975, 672 с.
2. Химический энциклопедический словарь /Под ред. И. Л. Кнунянц. М.: Сов. энциклопедия, 1983, 792 с.
3. Ильин В. А. Металлизация диэлектриков. Л.: Машиностроение, 1977, 80 с.
4. Шалкаускис М. И., Вашкянс А. Химическая металлизация пластмасс. Л.: Химия 1977, 135 с.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.