Способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода
Описывается способ получения катализатора нанесением первоначально жидкого натриевого стекла на металлическую или стеклотканевую поверхность, затем на влажную поверхность покрытия напыляют смесь оксидов переходных металлов, имеющих следующий состав и соотношение компонентов, мас.%: оксид хрома (III) - 18-35, оксид марганца (IV) - 18-35, оксид алюминия - остальное, или оксид меди (II) - 5-15, оксид хрома (III) - 10-15, оксид алюминия - остальное, или оксид меди (II) - 12-35, оксид алюминия - остальное, а затем покрытие сушат на воздухе в течение суток, затем осуществляют формирование его плавной ступенчатой термообработкой до температуры 400°С и при этой температуре выдерживают 2-2,5 часа. Техническим результатом является получение катализатора с увеличенным сроком эксплуатации с сохранением его каталитической эффективности. 2 з.п. ф-лы, 6 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области производства катализаторов, которые могут быть использованы для очистки выхлопных газов от автомобильного транспорта, выбрасываемых газов от окрасочных камер и других производственных установок, где выбрасываемые газы в атмосферу содержат вредные органические вещества и оксид углерода.
Известен катализатор для очистки газовых выбросов от вредных примесей (Патент РФ 2062144, Бюл. №18, 1994), состоящий из никелькобальтовой шпинели, оксида никеля и оксида алюминия. Известен катализатор глубокого окисления органических соединений и оксида углерода (Патент РФ 2063803, Бюл. №20, 1996), состоящий из оксидов марганца и алюминия.
Способ получения данных катализаторов имеет трудоемкую и сложную технологию, поэтому себестоимость таких катализаторов достаточно высокая.
Известен способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода (Патент РФ 2068298, Бюл. №30, 1996). Катализатор получают следующим образом: вначале готовят связующий раствор, состоящий из оксидов алюминия, хрома (III) и ангидрида ортофосфорной кислоты, затем готовят каталитически активную шихту, состоящую из оксидов хрома (III), меди (II) и бария. Далее готовят водную суспензию, включающую связующий материал и шихту, которой покрывают металлическую поверхность. После подсушки покрытия на воздухе на ее влажную поверхность наносят тонкий слой мелкодисперсного высокоактивного алюмоплатинового катализатора.
Недостатком данного способа получения катализатора являются:
- сложность технологического процесса;
- высокая стоимость алюмоплатинового катализатора;
- высокая себестоимость получаемого катализатора.
Известен способ получения катализатора для очистки от органических веществ и оксида углерода, выбранный за прототип (Патент РФ 2131772, Бюл. №17, 1999). Катализатор получают нанесением покрытия на поверхность металла, или стеклоткани, или керамики методом окунания в суспензию, содержащую оксиды хрома (VI), хрома (III) и марганца (IV) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| оксид хрома (VI) | 18-20 |
| оксид хрома (III) | 18-20 |
| оксид марганца (IV) | 30-32 |
| вода деминерализованная | остальное, |
с последующей сушкой при температуре более 80°С в течение не менее 4 ч и прокалкой при температуре 300-400°С в течение 1 ч.
Недостатком данного способа получения катализатора являются:
- применение в технологии получения катализатора сильноагрессивного и токсичного вещества - ангидрида хромовой кислоты;
- невысокие твердость, пластичность и адгезия каталитического покрытия.
Задачами способа получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода являются создание безопасных и безвредных условий получения катализатора, повышение твердости, пластичности и адгезии каталитического покрытия к покрываемой поверхности, увеличение срока эксплуатации катализатора с сохранением его каталитической эффективности, снижение себестоимости катализатора.
Указанные задачи достигаются тем, что предварительно на поверхность металла или металла и стеклоткани наносят слой жидкого натриевого стекла с силикатным модулем 2,6-3,0, затем на влажную поверхность покрытия напыляют смесь оксидов переходных металлов следующего состава, мас.%:
| оксид хрома (III) | 18-35 |
| оксид марганца (IV) | 18-35 |
| оксид алюминия | остальное |
или состава, мас.%:
| оксид меди (II) | 5-15 |
| оксид хрома (III) | 10-15 |
| оксид алюминия | остальное |
или состава, мас.%:
| оксид меди (II) | 12-35 |
| оксид алюминия | остальное |
причем дисперсность частиц составляет не более 80мкм, затем формируют каталитическое покрытие плавной ступенчатой термообработкой с выдержкой через каждые 50°С, начиная от 50°С до 400°С, в течение 0,3-0,4 часа на каждой ступени, а при 400°С выдерживают в течение 2-2,5 часов.
Перед нанесением слоя жидкого натриевого стекла на металлическую поверхность производят ее очистку механическим способом и гофрирование на прессе.
Гофрированную металлическую ленту и ленту из стеклоткани после нанесения слоя жидкого натриевого стекла и напыления смеси оксидов переходных металлов сушат на воздухе в течение суток, затем сматывают в рулон таким образом, чтобы стеклоткань с каталитическим покрытием была расположена между слоями гофрированной металлической ленты с каталитическим покрытием.
Если требуется изготовить катализатор полностью из металлической ленты, тогда ленту из стеклоткани заменяют на металлическую ленту.
Совокупность признаков заявляемого технического решения - способа получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода имеет отличие от прототипа и не следуют явным образом из изученного уровня техники, поэтому автор считает, что способ является новым и имеет изобретательский уровень.
Способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода позволяет производить по низкой себестоимости каталитические фильтры для очистки выхлопных газов автомобильного транспорта от вредных веществ или каталитических фильтров для очистки выбрасываемых газов в атмосферу от органических веществ и оксида углерода от различных производственных установок и эффективно их эксплуатировать в течение длительного времени. Способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода осуществляют следующим образом.
Пример.
Ленту стали 12.18H10Т толщиной 0,15 мм и шириной 35 мм очистили с двух сторон наждачной бумагой, затем произвели гофрирование на прессе. На гофрированную стальную ленту и ленту из стеклоткани шириной 35 мм и толщиной 0,25 мм нанесли с обеих сторон слой жидкого натриевого стекла с силикатным модулем 2,61-3,0 (ГОСТ 13078 марка Б), затем на гофрированную стальную ленту и ленту из стеклоткани, имеющих влажное покрытие жидким натриевым стеклом, напылили с обеих сторон слой смеси оксидов переходных металлов, имеющих следующие составы и соотношения компонентов:
Первый вариант
| Соотношение компонентов, мас.% | ||||||
| Оксид хрома (III) | 18 | 35 | 15 | 40 | 25 | 20 |
| Оксид марганца (IV) | 18 | 35 | 25 | 25 | 15 | 40 |
| Оксид алюминия | 64 | 30 | 60 | 35 | 60 | 40 |
Второй вариант
| Соотношение компонентов, мас.% | ||||||
| Оксид меди (II) | 5 | 15 | 4 | 17 | 10 | 10 |
| Оксид хрома (III) | 15 | 10 | 15 | 15 | 8 | 20 |
| Оксид алюминия | 80 | 75 | 81 | 68 | 82 | 70 |
Третий вариант
| Соотношение компонентов, мас.% | ||||
| Оксид меди (II) | 12 | 35 | 10 | 40 |
| Оксид алюминия | 82 | 65 | 90 | 60 |
Во всех опытах дисперсность оксидов переходных металлов составляла 20-80 мкм.
Ленты с покрытием выдерживали в комнатных условиях в течение суток, затем производили смотку гофрированной стальной ленты и ленты из стеклоткани в рулон таким образом, что лента из стеклоткани находилась между слоями гофрированной стальной полосы.
Полученные образцы катализаторов связывали нихромовой проволокой. Образцы катализаторов имели размеры: диаметр - 30 мм, высота - 35 мм. Образцы катализаторов подвергли термообработке в муфельной печи с остановками на 25 минут через каждые 50°С, начиная с 50°С и до 400°С, а при 400°С образцы выдержали в течение 2 часов. После термообработки образцы охладили в комнатных условиях. Образцы катализаторов испытали на очистку газа от ксилола и оксида углерода. Концентрация ксилола в газе составляла 0,25 об.%, оксида углерода - 0,15 об.%. Температура газа и катализатора составляла 360-380°С. Удельная объемная скорость газового потока через образец катализатора составляла 1,8·104 ч-1.
Опыты по испытанию образцов катализаторов были проведены с целью определения влияния граничных технологических параметров способа получения катализатора на его каталитическую эффективность. Полученные результаты по первому варианту сведены в таблицу 1, по второму варианту - в таблицу 2, по третьему варианту - в таблицу 3.
При испытании образцов катализаторов, изготовленных полностью из металлической ленты, причем лента из стеклоткани была заменена на металлическую ленту толщиной 0,25 мм, получены результаты по каталитической активности, практически одинаковые с результатами, полученными в примере 1.
| Таблица 1 Влияние соотношения компонентов в смеси оксидов переходных металлов, предназначенной для покрытия поверхности металла и стеклоткани, на каталитическую эффективность фильтра | ||||||
| № опытов | Соотношение оксидов хрома (III), марганца (IV) и алюминия, мас.% | Дисперсность оксидов хрома (III), марганца (IV) и алюминия, мкм | Каталитическая эффективность фильтра, % | |||
| Cr2O3 | MnO2 | Al2O3 | По ксилолу | По оксиду углерода | ||
| 1 | 18 | 18 | 64 | 20-80 | 92,6 | 90,1 |
| 2 | 35 | 35 | 30 | 20-80 | 94,8 | 92,7 |
| 3 | 15 | 25 | 60 | 20-80 | 90,8 | 89,9 |
| 4 | 40 | 25 | 35 | 20-80 | 92,1 | 91,0 |
| 5 | 25 | 15 | 60 | 20-80 | 89,3 | 88,2 |
| 6 | 20 | 40 | 40 | 20-80 | 93,5 | 91,8 |
| Таблица 2 Влияние соотношения компонентов в смеси оксидов переходных металлов, предназначенной для покрытия поверхности металла и стеклоткани, на каталитическую эффективность фильтра | ||||||
| № опытов, | Соотношение оксидов меди (II), хрома (III), алюминия, мас.% | Дисперсность оксидов меди (II), хрома (III) и алюминия, мкм | Каталитическая эффективность фильтра, % | |||
| CuO | Cr2O3 | Al2O3 | по ксилолу | по оксиду углерода | ||
| 1 | 5 | 15 | 80 | 20-80 | 93,7 | 91,9 |
| 2 | 15 | 10 | 75 | 20-80 | 94,3 | 92,7 |
| 3 | 4 | 15 | 81 | 20-80 | 90,1 | 89,3 |
| 4 | 17 | 15 | 68 | 20-80 | 92,1 | 90,8 |
| 5 | 10 | 8 | 82 | 20-80 | 90,2 | 89,5 |
| 6 | 10 | 20 | 70 | 20-80 | 91,3 | 89,2 |
| Таблица 3 Влияние соотношения компонентов в смеси оксидов переходных металлов, предназначенной для покрытия поверхности металла и стеклоткани, на каталитическую эффективность фильтра | |||||
| № опытов | Соотношение оксидов меди (II) и алюминия, мас.% | Дисперсность оксидов меди (II) и алюминия, мкм | Каталитическая эффективность фильтра, % | ||
| CuO | Al2O3 | по ксилолу | по оксиду углерода | ||
| 1 | 12 | 88 | 20-80 | 91,7 | 88,9 |
| 2 | 35 | 65 | 20-80 | 93,3 | 89,7 |
| 3 | 10 | 90 | 20-80 | 88,4 | 87,6 |
| 4 | 40 | 60 | 20-80 | 90,3 | 88,1 |
Каталитическая эффективность фильтров составляет 90-94%. Технический результат - упрощение технологического процесса получения катализатора и снижение его себестоимости.
1. Способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода, включающий нанесение на поверхность металла, стеклоткани покрытия, содержащего оксиды металлов, сушку и последующую термообработку покрытия, отличающийся тем, что предварительно на поверхность металла и стеклоткани наносят слой жидкого натриевого стекла с силикатным модулем 2,6-3,0, затем на влажную поверхность покрытия напыляют смесь оксидов переходных металлов следующего состава, мас.%:
| Оксид хрома (III) | 18-35 |
| Оксид марганца (IV) | 18-35 |
| Оксид алюминия | Остальное |
| или состава, мас.%: | |
| Оксид меди (II) | 5-15 |
| Оксид хрома (III) | 10-15 |
| Оксид алюминия | Остальное |
| или состава, мас.%: | |
| Оксид меди (II) | 12-35 |
| Оксид алюминия | Остальное |
причем дисперсность частиц составляет не более 80 мкм, формируют каталитическое покрытие плавной ступенчатой термообработкой с выдержкой через каждые 50°С, начиная от температуры 50 до 400°С, в течение 0,3-0,4 ч, а при температуре 400°С выдерживают в течение 2-2,5 ч.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нанесением слоя жидкого натриевого стекла на металлическую поверхность производят ее очистку механическим способом и гофрирование на прессе.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при изготовлении катализаторов на основе металлической и стеклотканевой поверхностей гофрированную металлическую ленту и ленту из стеклоткани после нанесения слоя жидкого натриевого стекла и напыления слоя оксидов металлов сушат на воздухе в течение суток, затем сматывают в рулон таким образом, чтобы стеклоткань с каталитическим покрытием была расположена между слоями гофрированной металлической ленты с каталитическим покрытием.
