Катализатор окисления оксида углерода

 

Изобретение относится к катализатору окисления оксида углерода, включающему диоксид марганца и диоксид свинца. Катализатор представляет собой анодный шлам, образующийся на свинцовом аноде при электролитическом восстановлении меди из кислых сульфатных или хлоридно-сульфатных растворов, предварительно отмытый от электролита, высушенный и содержащий, мас.%: Оксиды марганца - До 20 Оксиды свинца - До 20 Оксиды меди - До 20 Оксиды серебра - До 1 Соединения марганца, свинца, серебра, меди - Остальное Изобретение позволяет использовать побочный продукт электрохимического восстановления металла из водного раствора электролита в качестве недорогого и эффективного катализатора. 3 табл.

Изобретение относится к области очистки газов от экологически опасных составляющих и может быть использовано для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, для обезвреживания отходящих газов промышленных предприятий, ТЭЦ, асфальто-бетонных заводов и других технологических производств и агрегатов, содержащих в своем составе оксид углерода.

Известны медь-марганцевые и цинк-медь-хромовые катализаторы на цементной основе [Кузнецов И.Е., Шмат К.И., Кузнецов С.И. Оборудование для санитарной очистки газов. Киев, "Техника", 1989, с.236].

Недостатками катализатора являются относительно высокая стоимость и сложность изготовления.

Наиболее близким техническим решением является катализатор для очистки отработанного газа, содержащего оксид углерода, представляющий собой смесь оксида или оксидов марганца и оксида или оксидов свинца [SU 450388, 30.11.74, В 01 J 23/34].

Недостатками катализатора являются необходимость его изготовления, затраты на материалы и производство.

Задачей изобретения является использование побочного продукта электрохимического восстановления металла из водного раствора электролита в качестве недорогого и эффективного катализатора окисления оксида углерода.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в высокой степени очистки отработанных газов от экологически опасных составляющих с одновременной экономичностью процесса.

Этот технический результат достигается тем, что в известном катализаторе окисления оксида углерода, включающем диоксид марганца и диоксид свинца, используют анодный шлам, образующийся на свинцовом аноде при электролитическом восстановлении меди из кислых сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов, предварительно отмытый от электролита, высушенный и содержащий, мас.%: Оксиды марганца - До 20 Оксиды свинца - До 20 Оксиды меди - До 20
Оксиды серебра - До 1
Соединения марганца, свинца, серебра, меди - Остальное
Сущность каталитического воздействия анодного шлама заключается в том, что при его образовании в электрохимическом процессе анодного окисления составляющих шлама происходят химические и структурные превращения, приводящие к образованию соединений, обладающих эффективным каталитическим действием в процессе окисления оксида углерода.

Примеры практического применения.

В качестве катализатора использовали анодные шламы, образующиеся на свинцовом аноде при электролитическом восстановлении меди из кислых сульфатных и хлоридно-судьфатных растворов, содержащих медь и марганец. Предварительно анодный шлам отмывали от остатка электролита и сушили на воздухе до постоянной массы.

Для генерации оксида углерода использовали печь, в которой сжигали древесно-стружечный материал при неполном сгорании топлива. Из печи полученную газовую смесь пропускали через поглотительную склянку с концентрированной серной кислотой, затем через склянку - поглотитель с 10%-ным водным раствором NaOH, через брызгоуловитель со стеклянными шарами и собирали в резиновой камере, откуда газовая смесь проходила через шесть последовательно соединенных U-образных стеклянных трубок диаметром 15 мм с катализатором, которые помещались в песчаную баню с электроподогревом. Газовую смесь контролировали на содержание оксида углерода газоанализатором марки АФД - 121 на входе в U-образную трубку (до катализатора) и на выходе из нее (после катализатора). Контроль температуры в песчаной бане (температура внешняя), катализатора и выходящего из трубки очищенного газа осуществляли с помощью ртутного термометра.

Порошок анодного шлама помещали в U-образную трубку (масса порошка в каждой трубке 721,3 мг), через которую пропускали очищаемый газ. Скорость газа регулировали таким образом, чтобы газ и порошок создавали "кипящий слой" в одном из колен трубки и таким образом создавали максимально возможный контакт между поверхностью катализатора и очищаемым газом. Благодаря высокой плотности порошка и малой скорости газового потока унос катализатора незначителен и контролировался фильтром, заполненным стекловатой.

В табл. 1 дан фазовый состав анодного шлама, полученного в процессе электролиза меди из сульфатных растворов меди и марганца, по данным рентгенофазового анализа,
В табл. 2 дан фазовый состав анодного шлама, полученного в процессе электролиза меди из хлоридно-сульфатных растворов меди и марганца, по данным рентгенофазового анализа.

Из данных табл. 1, 2 следует, что в состав анодного шлама входят сульфаты, хлориды и оксиды марганца, свинца, меди и серебра, а также их соединения, в частности полиперманганиты, в которых металлы находятся в различных степенях окисления, что характерно для катализаторов такого типа. Следует отметить наличие в составе анодного шлама соединений одновалентной меди, в частности CuCl, Cu₂SO₄, Сu₂О и т.п., обладающих каталитическими свойствами в процессах окисления монооксида углерода и углеводородов.

В табл. 3 даны результаты очистки газа от оксида углерода для различных условий работы катализатора - анодного шлама в виде зависимости степени очистки газа от СО, в мас.% удаленного монооксида углерода по отношению к первоначальному количеству, от температур,^oС, катализатора и газа и времени τ, с.

Пример 1 (табл. 3)
Каталитическое окисление монооксида углерода осуществлялось при температурах катализатора 75^oС и газа 22^oС.

Из данных табл. 3 следует, что за время 6 с газ очищен от СО на 50%.

Пример 2 (табл. 3)
Каталитическое окисление монооксида углерода осуществлялось при температурах катализатора 100^oС и газа 24^oС.

Из данных табл. 3 следует, что за время 6 с газ очищен от СО на 60%.

Пример 3 (табл. 3)
Каталитическое окисление монооксида углерода осуществлялось при температурах катализатора 150^oС и газа 28^oС.

Из данных табл. 3 следует, что за время 6 с газ очищен от СО на 95%.

Пример 4 (табл. 3)
Каталитическое окисление монооксида углерода осуществлялось при температурах катализатора 200^oС и газа 32^oС.

Из данных табл. 3 следует, что за время 5 с газ очищен от СО на 100%.

С повышением температуры катализатора и времени контакта катализатора и очищаемого газа степень очистки газа от СО возрастает.

По данным рентгенофазового анализа фазовый состав использованного в качестве катализатора анодного шлама по сравнению с исходным практически не изменился.

По сравнению с прототипом использование анодного шлама - побочного продукта электрохимического восстановления металла из водного раствора электролита в качестве недорогого и эффективного катализатора окисления оксида углерода не требует дополнительных расходов на его изготовление. При необходимости анодный шлам легко прессуется в виде таблеток.

Формула изобретения

Катализатор окисления оксида углерода, включающий диоксид марганца и диоксид свинца, отличающийся тем, что катализатор представляет собой анодный шлам, образующийся на свинцовом аноде при электролитическом восстановлении меди из кислых сульфатных или хлоридно-сульфатных растворов, предварительно отмытый от электролита и высушенный, и содержащий, мас. %:
Оксиды марганца - До 20
Оксиды свинца - До 20
Оксиды меди - До 20
Оксиды серебра - До 1
Соединения марганца, свинца, серебра, меди - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3