바우두아르 반응

Boudouard reaction

옥타브 레오폴드 바우두아르의 이름을 딴 바우두아르 반응은 주어진 온도에서 일산화탄소와 이산화탄소의 화학적 평형 혼합물의 산화환원 반응이다.일산화탄소가 이산화탄소와 흑연으로 불균형되거나 그 [1]반대입니다.

2CO † CO
2 + C
다양한 온도에서 Boudouard 반응의 표준 엔탈피

Boudouard 반응은 이산화탄소와 탄소를 형성하기 위해 모든 온도에서 발열된다.그러나 Boudouard 반응의 표준 엔탈피는 옆면에 보이는 [2]바와 같이 온도가 상승할수록 음이 작아진다.

CO의 생성
2 엔탈피는 CO의 생성 엔탈피보다 높지만 생성 엔트로피는 훨씬 낮다.이것에 의해, 성분 요소로부터의 CO형성의
2 표준 자유 에너지는 거의 일정하고 온도에 의존하지 않는 반면, CO형성의 자유 에너지는 [3]온도에 따라 감소한다.고온에서는 전방 반응이 여전히 발열 상태임에도 불구하고 CO에 대한 (외기성) 역반응을 선호하며, 전방 반응은 엔더곤성이 됩니다.

Boudouard 반응 범위에 대한 온도의 영향은 표준 자유 반응 에너지보다 평형 상수의 값으로 더 잘 나타난다.켈빈 단위의 온도 함수로서의 반응에 대한 log10eq(K) 값은 [4]대략 다음과 같습니다(500 ~ 2200K 사이 유효).

log10(Keq)의 값은 975K로 0입니다.

K와 온도의 변화는eq 혼합물이 일정 온도 이하로 냉각될 경우 CO를 포함하는 가스가 원소 탄소를 형성할 수 있다는 것을 의미한다.탄소의 열역학적 활성은 각 종의 분압과 K 값을eq 알고 CO/CO
2 혼합물에 대해 계산할 수 있다.예를 들어 고로 내 산화철의 환원이나 침탄 분위기 [5]조성을 위해 만들어지는 고온 저감 환경에서는 일산화탄소가 카본의 안정적인 산화물이다.CO가 풍부한 가스가 탄소의 활성도가 1을 초과할 정도로 냉각되면 Boudouard 반응이 일어날 수 있습니다.일산화탄소는 그을음을 형성하는 이산화탄소와 흑연으로 불균형을 이루는 경향이 있다.

산업용 촉매 작용에서 이것은 단순히 눈에 거슬리는 것이 아닙니다; 침출(코킹이라고도 함)은 촉매와 촉매층에 심각하고 심지어 돌이킬 수 없는 손상을 일으킬 수 있습니다.이것은 석유의 촉매 개질이나 천연가스의 증기 개질에서의 문제입니다.

이 반응은 1905년에 [6]이 평형을 연구한 프랑스의 화학자 옥타브 레오폴드 부두아르(1872–1923)의 이름을 따서 명명되었다.

사용하다

촉매에 대한 일산화탄소의 손상 효과는 바람직하지 않지만, 이 반응은 흑연 플레이크, 필라멘트 흑연 및 층상 흑연 결정체 생성 및 탄소 나노튜브 [7][8][9][10]생성에 사용되어 왔습니다.흑연 제조에서는 몰리브덴, 마그네슘, 니켈, 철 및 [7][8]코발트 촉매를 사용하고, 카본나노튜브 제조에서는 몰리브덴, 니켈, 코발트, 철 및 Ni-MgO 촉매를 사용한다.[9][10]

Boudouard 반응은 용광로 내부의 중요한 과정입니다.산화철의 감소는 일반적으로 고체 간의 반응이 매우 느리기 때문에 탄소에 의해 직접 달성되는 것이 아니라 일산화탄소에 의해 달성됩니다.그 결과 발생하는 이산화탄소는 코크스 탄소와 접촉하면 (역방향으로) 바우두아르 반응을 일으킨다.

바람직하지 않은 발생

Boudouard 반응은 일부 프로세스에서 의도적으로 사용되는 반면 다른 프로세스에서는 바람직하지 않습니다.냉각된 기체에서, CO 냉각수와2 흑연 감속재 사이의 흑연 감속형 영국 원자로(Magnox 및 AGR) 반응을 피하거나 최소한 최소한으로 유지해야 했다.낮은 온도에서 반응의 평형이 탄소에 유리하게 변하기 때문에, 마그녹스 원자로에서는 단순히 낮은 작동 온도를 갖는 것으로 해결되었다.그러나 이는 결과적으로 달성 가능한 열효율을 감소시켰습니다.Magnox에서 얻은 교훈을 개선하기로 한 AGR에서는 높은 냉각수 배출구 온도가 명시적 설계 목표였으며(당시 영국은 석탄 발전소에 의존하여 석탄 연소 플랜트와 동일한 증기 온도를 달성하는 것이 목적이었다), 따라서 낮은 보일러 배출구 온도에서 냉각수의 흐름을 재진입시키는 것이 목표였다.흑연 냉각에는 278°C(532°F)의 온도가 사용되므로 흑연 노심 온도가 Magnox 원자로에서 볼 수 있는 온도와 크게 다르지 않습니다.

레퍼런스

  1. ^ Bioenergylist.org – Boudouard Reaction 스프레드시트
  2. ^ 리액션 웹
  3. ^ 표준 깁스 자유 생성 에너지 목록
  4. ^ 반응 웹 참조의 값 회귀를 기반으로 합니다.이 방정식은 RT에 그 도함수를 곱한 값이 δH에 대한 정확한 공식을 제공하지 않더라도2 꽤 정확한 값을 제공합니다.
  5. ^ ASM 고로 대기, 고로 대기 및 탄소 제어 위원회, 금속 공원, OH [1964]
  6. ^ Holleman, Arnold F.; Wiber, Egon; Wiberg, Nils (2001). Inorganic Chemistry. Academic Press. p. 810. ISBN 978-0-12-352651-9. Retrieved 12 July 2013.
  7. ^ a b Baird, T.; Fryer, J. R.; Grant, B. (Oct 1974). "Carbon formation on iron and nickel foils by hydrocarbon pyrolysis—reactions at 700°C". Carbon. 12 (5): 591–602. doi:10.1016/0008-6223(74)90060-8.
  8. ^ a b Trimm, D. L. (1977). "The formation and removal of coke from nickel catalyst". Catalysis Reviews: Science and Engineering. 16: 155–189. doi:10.1080/03602457708079636.
  9. ^ a b Dal, H. J.; Rinzler, A. G.; Nikolaev, P.; Thess, A.; Colbert, D. T.; Smalley, R. E. (1996). "Single-wall nanotubes produced by metal-catalyzed disproportionation of carbon monoxide". Chem. Phys. Lett. 260 (3): 471–475. Bibcode:1996CPL...260..471D. doi:10.1016/0009-2614(96)00862-7.
  10. ^ a b Chen, P.; Zhang, H. B.; Lin, G. D.; Hong, Q.; Tsai, K. R. (1997). "Growth of carbon nanotubes by catalytic decomposition of CH4 or CO on a Ni-MgO catalyst". Carbon. 35 (10–11): 1495–1501. doi:10.1016/S0008-6223(97)00100-0.

외부 링크

Robinson, R. J. "Boudouard Process for Synthesis Gas". ABC of Alternative Energy. Archived from the original on 21 January 2018. Retrieved 12 July 2013.