Каталитическое воспламенение смесей дейтерий–воздух над поверхностью металлического родия при давлениях 1–2 атм

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Установлены закономерности каталитического воспламенения смесей дейтерий–воздух над поверхностью металлического родия при давлениях 1–2 атм и температурах 20–250 °C с использованием гиперспектрометров, работающих в диапазоне длин волн 400–1650 нм, и высокоскоростной киносъемки. Показано, что каталитическое воспламенение смесей дейтерий–воздух в исследуемом диапазоне температур наблюдается при содержании дейтерия более 12%, а при его содержании менее 12% наблюдается только интенсивный нагрев каталитической проволоки. При одних и тех же условиях положение первичного очага воспламенения на поверхности катализатора изменяется. Установлено, что верхний предел каталитического воспламенения над поверхностью родия смеси D2–воздух заметно ниже, чем нижний предел воспламенения смеси H2–воздух. Таким образом, D2 более горюч, чем H2 над поверхностью Rh при давлении выше 1 атм. Пределы каталитического воспламенения даже ниже 20 °C, хотя скорости пламени в смесях водород–воздух и температура пламени в этих смесях того же состава значительно выше, чем у смесей дейтерий–воздух. Природа обнаруженного кинетического “обратного изотопного эффекта” определяется высокой активностью дейтерида родия по отношению к реакции окисления дейтерия.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

К. Я. Трошин

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: troshin@center.chph.ras.ru
Россия, Москва

Н. М. Рубцов

Институт структурной макрокинетики и материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: troshin@center.chph.ras.ru
Россия, Черноголовка

В. И. Черныш

Институт структурной макрокинетики и материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: troshin@center.chph.ras.ru
Россия, Черноголовка

Г. И. Цветков

Институт структурной макрокинетики и материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: troshin@center.chph.ras.ru
Россия, Черноголовка

И. О. Шамшин

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук

Email: troshin@center.chph.ras.ru
Россия, Москва

Ю. А. Измайлова

АО “Научно-технический центр “Реагент”

Email: troshin@center.chph.ras.ru
Россия, Москва

А. П. Калинин

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук

Email: troshin@center.chph.ras.ru
Россия, Москва

А. А. Леонтьев

АО “Научно-технический центр “Реагент”

Email: troshin@center.chph.ras.ru
Россия, Москва

А. И. Родионов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук; АО “Научно-технический центр “Реагент”

Email: troshin@center.chph.ras.ru
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Jewell L., Davis B. // Appl. Catal., A. 2006. V. 310. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2006.05.012
  2. Worsham J.E., Wilkinson M.K, Shull C.G. // Chem. Solids. 1957. V. 3. P. 303.
  3. Chen H., Liu F.-S. // Phys. Lett. A. 1989. V. 137. P. 485.
  4. Rubtsov N.M., Chernysh V.I., Tsvetkov G.I., Troshin K.Ya. // Combust. and Flame. 2020. V. 218. P. 179.
  5. Wesley F. Table of recommended rate constants occurring in combustion. Washington, D.C.: U.S. Dept. of Commerce, National Bureau of Standards, 1980.
  6. Fleischmann M., Pons S. // J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1989. V. 261. P. 301.
  7. Berlinguette C.P., Chiang Y.M., Munday J.N. et al. // Nature. 2019. V. 570. P. 45. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1256-6
  8. Shilov A.E., Shul’pin G.B. Activation and catalytic reactions of saturated hydrocarbons in the presence of metal complexes. Dordrecht: Springer, 2001.
  9. Трошин К.Я., Рубцов Н.М., Цветков Г.И. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. С. 74. https://doi.org/10.31857/S0207401X22080131
  10. Трошин К.Я., Рубцов Н.М., Цветков Г.И. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 3. С. 79. https://doi.org/10.31857/S0207401X23030184
  11. Родионов И.Д.., Родионов А.И., Ведешин Л.А. и др. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50. № 6. С. 989. https://doi.org/10.1134/S0001433814090175
  12. Калинин А.П., Орлов А.Г., Родионов А.И., Трошин К.Я. // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2009. Т. 8. http://chemphys.edu.ru/issues/2009-8/articles/202/
  13. Калинин А.П., Трошин К.Я. Орлов А.Г., Родионов А.И. // Датчики и системы. 2008. № 12. С. 19.
  14. Rubtsov N.M., Troshin K.Ya., Alymov M.I. // Catalytic Ignition of Hydrogen and Hydrogen–Hydrocarbon Blends Over Noble Metals. Cham: Springer, 2023. P. 153.
  15. Chalet D., Mahe A., Migaud J., Hetet J.-F. // Appl. Energy. 2011. V. 88. P. 2988.
  16. Трошин К.Я., Рубцов Н.М., Цветков Г.И. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 1. С. 25. https://doi.org/10.31857/S0207401X220101629
  17. Трошин К.Я., Рубцов Н.М., Цветков Г.И. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 8. C. 74. https://doi.org/10.31857/S0207401X23080125
  18. Lewis B., von Elbe G. Combustion, Explosions and Flame in Gases. New York, London: Academic Press, 1987.
  19. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Т. 1. Качественный анализ. М.: Химия, 1970. https://www.spectralcalc.com/blackbody_calculator/blackbody.php
  20. Wang M., An H., Cai W., Shao X. // Chemosensors. 2023. V. 11. P. 37. https://doi.org/10.3390/chemosensors11010037

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Экспериментальные зависимости температур ВПКВ и НПКВ над Rh/Pd-проволокой от содержания D2 в смеси (кружки). Перечеркнутый кружок обозначает температуру НПКВ, заполненные кружки указывают на температуры НПКВ смеси H2–воздух над Rh/Pd-проволокой [4, 12], штриховая линия соответствует 20 °C.

Скачать (50KB)
Метаданные
3. Рис. 2. а – Высокоскоростная съемка каталитического воспламенения смеси 15% D2 + воздух над Rh/Pd-проволокой (600 кадров/с, T0 = 50 °C, P0 = 1.75 атм). Первый кадр соответствует моменту возникновения первичного очага возгорания. б – Высокоскоростная съемка развивающегося каталитического воспламенения смеси 15% D2 + воздух над Rh/Pd-проволокой (1200 кадров/с, T0 = 50 °C, P0 = 1.75 атм).

Скачать (202KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Одновременная регистрация изменений давления и средней температуры Rh/Pd-проволоки во время воспламенения: a – смесь 20% D2 + воздух (T0 = 63 °C, P0 = 1.8 атм); б – смесь 17% D2 + воздух (T0 = 24 °C, P0 = 1.5 атм). в – Изменение давления во время воспламенения смеси 20% D2 + воздух при разных температурах, P = 1.8 атм.

Скачать (174KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектры излучения пламени смеси H2/D2–воздух: а – на длине волны 400–1000 нм; 1 – 40% H2 + воздух, 2 – 17% D2 + воздух, звездочки – расчеты по формуле Планка [20]; б – 900–1650 нм; 1 – 20% H2 + воздух, 2 – 17% D2 + воздух.

Скачать (122KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024