Низкотемпературный катализатор для очистки промышленных газовых выбросов от монооксида углерода и способ его получения

 

Изобретение может быть использовано для очистки от монооксида углерода автомобильных и промышленных выбросов, а также атмосфера в СОг-лазерах и дыхательных масках Катализатор содержит платину и оксид циркония,полученный путем щелочного гидролиза соли циркония, при следующем соотношении компонентов, мае. % платина 0,5-3,0; оксид циркония - остальное Способ предусматривает нанесение платины на носитель путем соосаждения компонентов из водного растоора, содержащего плэтинахлористоводородную кислоту и цирконилхлорид в массовом соотношение 1.(23.1-138,7)действием раствора гидрокси да калия, полученный гель греют на водяной бане 2-3 ч, охлаждают, фильтруют осадок на фильтре отмывают от маточного раствора . 2 с п. ф лы, 1 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4936938/04 (22) 20.05.91 (46) 30.06.93. Бюл. N. 24 (71) Институт физико-органической химии

АН БССР (72) Л.С. Кравчук, k.È. Иващенко и С,В. Валиева (56) Заявка ФРГ N 3644377, кл. 8-01 J 21/04, опубл. 1984.

Патент США М 4504598. кл. 8 01 J 2-1/04, опубл. 1984.

Патент США М 4299734, кл, В 01 J 23/84. опубл. 1981.

Заявка Японии N. 61 46175, кл. В 01 J 23/84, опубл. 1986.

Заявка Японии М 56-35937, кл. В 01 J 21/06, опубл, 1981.

Патент США N- 4572904, кл. В 01 J 23/42, опубл. 1985, ТУ-6-09-5531, изм. 1 и 2.

ТУ-6-02-7-31087, изм, 1, лит А.

Заявка ЕР %0306944, кл. В 01 J 23/42, опубл. 1986.

Изобретение относится к катализаторам очистки от монооксида углерода автомобильных и промышленных выбросов, а также атмосферы в СО2 — лазерах и дыхательных масках.

Целью изобретения является разработка нового, более активного низкотемпературного платинового катализатора

„„&U,„1824230 Al (я)л В 01 J 23/42, 21/06, 37/03 (54) НИЗ КОТЕМПEPAТVPН ЫЙ КАТАЛИЗАTOPÄËß ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ОТ МОНООКСИДА

УГЛЕРОДА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано для очистки от монооксида углерода автомобильных и промышленных выбросов, а также атмосфера о C&z — лазерах и дыхательных масках. Катализатор содержит платину и оксид циркония, полученный путем щелочного гидролиза соли циркония, при следующем соотношении компонентов, мас. $ платина

0,5 — 3,0; оксид циркония — остальное. Спо- соб предусматривает нанесение платины на носитель путем соосаждения компонентов иэ водного растоора, содержащего платинахлористооодородную кислоту и цирконилхлорид B массовом соотношениг

1:(23.1-138,7) действием раствора гидроксида калия, полученный гель греют на водяной бане 2-3 ч, охлаждают, фильтруют. осадок на фильтре отмывают от маточного раствора. 2 с,п. ф-лы, 1 табл. окисления СО, способного эф ектионо работать о более жестких условиях.

Поставленная цель достигается тем, что с целью повышения активности, нанесение платины на носитель производится путем соосаждения компонентов из водного рас твора, содержащего платинахлористооодородную кислоту и цирконилхлорид в весовом отношении 1:(23,1-138,7), действием раствора гидроксида калия, полученный

1824230 гель греют на водяной бане 2-3 ч, охлаждают, фильтруют, осадок на фильтре отмывают от маточного раствора.

Положительный эффект от заявляемого решения эаключа тся в снижении в 2 раза температуры полного дожига монооксида углерода, т,е. в значительном росте каталитической активности. Так. если на катализаторе-прототипе полный (100 ) дожиг СО был достигнут при 107 С, на предлагаемом нами — при 50 С, Активность катализаторов, включая прототип, определяли по температуре полного дожига СО на лабораторной установке проточного типа при атмосферном давлении воздушной смеси, содержащей 1,0 СО при обьемной скорости 10000 ч с хроматог-1 рафической регистрацией компонентов газовой смеси. Катализатор считали тем более активным, чем ниже была температура дожига СО.

Способ получения образцов иллюстрируют следующие примеры 1-8.

Пример 1. Для приготовления катализатора состава 0,5 мас. $ Pt. 99,5 мас.

ZrO2 готовят 30 мл водного раствора, содержащего платинахлористоводородную кислоту(НгРтС!г) и хлористый цирконил (ZrOClz) при соотношении компонентов (весовом)

1;138,7. Концентрации ионов платины и циркония были соответственно равны 0,625 и 93 г-ион/л. Полученный раствор при тщательном перемешивании приливают к 50 мл

1,8 н. раствора гидроксида калия. Смесь нагревают 2 или 3 ч на водяной бане и оставляют для старения выпавшего осадка на двое суток. Затем осадок отфильтровывают, отмывают от маточного раствора до отрицательной реакции на присутствие CI -ионов, сушат на воздухе при 110-120 С 5 ч, прокаливают при 500 С в течение 3 ч, таблетируют и восстанавливают при 300 С 2 ч.

Пример 2. Для получения катализатора состава 1,0 мас. Pt, 99,0 мас. Zr02 готовят 30 мл водного раствора, содержащего HzP Clg u OClg при следующем весовом соотношении компонентов: 1:69,1, Концентрации ионов платины и циркония были соответственно равны 1,25 и 93 г-ион/л. Все последующие операции описаны в примере

1, Температуры восстановления: 100, 200 и

300 С.

Пример 3. Для получения катализатора состава 1,5 мас. Pt, 98,5 мас., ZrOz готовят 30 мл водного раствора. содержащего HzPtClg и ZrOCI2 при следующем весовом соотношении компонентов: 1:51,8.

Концентрации ионов платины и циркония были соответственнс равны 1,875 и 91 г5

10 ион/л. Дальнейшие операции описаны в примере 1.

Пример 4. Для получения катализатора состава 2,0 мас. 7; Pt, 98,0 мас. 2гОг готовят 30 мл водного раствора, содержащего НгРсСЬ и ZrOClz со следующим соотношением компонентов: 1:34,6.

Концентрации ионов платины и циркония составляют соответственно 2,5 и 93 г-ион/л, Все последующие операции описаны в примере 1.

ll р и м е р 5. Для получения катализатора состава 3,0 мас. Pt,97,0 мас. $ ZrOz готовят 30 мл водного раствора. содержа15 щего H2PtCw и ZrOCI2 со следующим соотношением компонентов: 1:23;1.

Концентрации ионов платины и циркония составляют соответственно 3.75 и 93 г-ион/л.

Дальнейшие операции описаны в примере

20 1.

Пример 6, Для получения катализатора состава 0,1 мас. $ Pt. 99,9 мас. ZrOz готовят 30 мл водного раствора, содержащего HgPtCIa и 2гОС!г со следующим соотношением компонентов: 1-:691.

Концентрации ионов платины и циркония составляли соответственно 0,125 и 93 гион/л. Дальнейшие операции описаны в примере 1.

30 Пример 7. Для получения катализатора состава 0,2 мас. Pt, 99,8 мас. Zr02 готовят 30 мл водного раствора, содержащего HzPtClg u ZrOClg при весовом соотношении компонентов 1:345,5. Концентрации

35 ионов платины и циркония составляют соответственно 0,25 и 93 г-.ион/л. Все последующие операции описаны в примере 1.

Пример 8 (прототип), Катализатор состава 2 мас. Pt/А!гОз получен по спосо40 бу-прототипу (9). 3 г оксида алюминия марки

А-15 заливают 4 мл водного раствора платинахлористоводородной кислоты Ср = 15 г/л. Затем образец сушат 4-5 ч при

110-120 С, прокаливают 3 ч при 500 С и восстанавливают в токе водорода при 600 С в течение 3 и 14 ч.

Температура достижения различных степеней окисления СО представлены в прилагаемой таблице.

50 Сопоставление этих результатов показывает, что предлагаемый катализатор существенно активнее катализаторапрототипа. Так, на образцах, содержащих

2ф, Рт. полный дожиг СО имеет место при

55 существенно разных температурах: если на катализаторе-прототипе (пример 8) — при

107 »С. то на предлагаемом (пример 4) — при

50 С. Одинакового эффекта в очистке газов от СО можно достичь на катализаторе-прототипе (пример 8), содержащем 2,0 плати1824230

Результаты исс.-.едования предлагаемого катализатора P{/ßi02 и катализатора-прототипа 2 Р(/ AI203 в реакции окисления GO (T т Г т

)Соотношение (ве-)Длитель- (ТеьаеРату-(Состав готового(о совое) коиаонен-)ность вы- ра восста-(из f Теваература (С) достикения (тов в исходноы деркки ге новления (катализ тор, степени окисления СО, )

)растворе: )ля на ки-)прокаленI !

2 6 1 2 (диной ба- 500oC об- Р(! X O» 25 50 (75 I 85 100 пяцей во- ныл при т — —, -т т

)(не, часы разиов, оС

2 300 0,50 99,50 86 90 95 97 100

1 I: 138,7

300 0,50 99,50 85 90 94 96 99

165 185 189 191 195

85 90 95 96 IOO

EO 78 85 86 90

130 1,00 99, 00

200 I, 00 99, 00

300 I 00 99,00

1: 69,1

400 1,00 99,00 58 80 84 85 88

45 53 60 65 70

25 33 40 45 50

300 1,50 98,50

300 2, 00 98, 00

300 3, 00 97, GO

I: 5I,8

I: 34,6

1: 23,1

I : 691

20 50

I43 146 148 149 151

I00 I02 104 106 ПО

300 0,10 99,90

300 0,20 99,80

I: 345,5

:.:- а

< прототип) 8I 93 102 103 107

80 95 103 104 107

600(3 часа) 2,(5 РА/А1203

I4 часов) ны (температура полного дожига СО—

107 С) и на предлагаемом образце (пример

1) с 0,57ь активного компонента (температура полного окисления СΠ— 100 С). Как вид- 5 но иэ данных таблицы, на предлагаемом образце (пример 5) дожиг СО на 85 происходит уже при комнатной температуре. К тому же новый катализатор не спекается при повышении температуры восстановле- 10 ния до 900оС. Так, на катализаторе 1,0 мас.

$ Pt/2г02(приме ) 2) полныйдожиг СО имел место при 80 С, а после восстановления при

300-400 С вЂ” при 88-90 С.

Существенно снижена температура 15 восстановления предлагаемого катализатора против прототипа. Так, если для катализатора-прототипа принят температурный интервал восстановления 550 — 650 С, то для образцов, синтезированных описанным в 20 настоящем изобретении способом высокая активность достигается уже после восстановления при 200-300 С (пример 2). Температура восстановления — 130 С вЂ” является низкой для того, чтобы получить высокоак- 25 тивный катализатор. Увеличение содержания платины более 3 мас-. нецелесообразно, поскольку существенного снижения температуры окисления СО не наблюдалось.

Таким образом, к преимуществам предлагаемого катализатора по сравнению с прототипом следует отнести его значительно большую активность при низких температурах, достаточно высоких обьемных 35 скоростях газового потока и относительно низких температурах восстановления.

Формула изобретения

1. Ниэкотемпературный катализатор для очистки промышленных газовых выбросов от монооксида углерода. содержащий платину и носитель, отличающийся тем, что, с целью повышения активности катализатора, в качестве носителя ан содержит оксид циркония, полученный путем щелочного гидролиза соли циркония, при следующем содержании компонентов, мас.

Ж:

Платина 0.5-3.0

Оксид циркония Остальное

2. Способ получения низкотемпературного катализатора для очистки промышленных газовых выбросов от монооксида углерода. включающий нанесение платины на носитель, сушку, прокаливание на воздухе и восстановление водородом, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью получения катализатора с повышенной активностью, нанесение платины на носитель производят путем соосаждения компонентов иэ водного раствора, содержащего платинахлористоводородную кислоту и цирконилхлорид в массовом соотношении 1:(23,1-138,7), действием раствора гидроксида калия, полученный гель греют на водяной бане 2-3 ч, охлаждают, фильтруют, осадок на фильтре отмывают от маточного раствора, восстанавливают пр» 200-300 С.