Сплав на основе кобальта

Изобретение относится к сплавам на основе кобальта, содержащем редкоземельный элемент, который может быть использован в качестве катализатора для очистки газообразных выбросов от токсичной примеси углерода. Предложен сплав на основе кобальта. Сплав, проявляющий каталитические свойства при окислении оксида углерода, содержит редкоземельный элемент. В качестве редкоземельного элемента сплав содержит иттрий или гадолиний при следующем соотношении компонентов, мас.%: иттрий или гадолиний - 16÷38; кобальт - остальное. Сплав обладает высокой активностью при более высоких температурах. Это позволит расширить температурный интервал использования катализаторов, используемых для снижения степени экологического загрязнения окружающей среды.

 

Изобретение относится к сплавам на основе кобальта, содержащем редкоземельный элемент, который может быть использован в качестве катализатора для очистки газообразных выбросов от токсичной примеси углерода, и может найти применение при решении экологических проблем, связанных с дожиганием отходящих газов в химической, энергетической, машиностроительной промышленности, а также очистке выхлопных газов автотранспорта.

Известен интерметаллид состава SmCo₅ в качестве катализатора окисления оксида углерода для очистки отходящих газов промышленных предприятий и выхлопных газов автотранспорта (патент РФ № 2171712, МКИ B01J 23/10, 2001 г.).

Недостатком известного решения является его работоспособность только в условиях достаточно низких температур, не превышающих 175°С.

Известен сплав на основе кобальта, содержащий скандий, при следующем соотношении компонентов, мас.%: кобальт - 1÷50; скандий - 0,05÷5 (патент РФ №2201801, B01J 37/02,2003 г.).

Известный сплав используется в качестве катализатора в реакции по Фишеру-Тропшу, то есть для получения углеводородов различного состава, в этом случае как таковая конверсия оксида углерода является сопутствующей реакцией, в связи с чем конверсия составляет всего лишь 80% при температуре 240°С.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать сплав на основе кобальта, который обеспечивал расширение температурного интервала активности при его использовании в качестве катализатора окисления оксида углерода с сохранением высокой конверсии по оксиду углерода.

Поставленная задача решена путем применения в качестве катализатора окисления оксида углерода сплава на основе кобальта, содержащего редкоземельный элемент, который в качестве редкоземельного элемента содержит иттрий или гадолиний при следующем соотношении компонентов, мас.%: иттрий или гадолиний - 16÷38; кобальт - остальное.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен сплав на основе кобальта предлагаемого состава, используемый в качестве катализатора окисления оксида углерода.

Экспериментальные исследования, проведенные авторами, по изучению каталитической активности в реакции окисления оксида углерода различных составов биметаллических сплавов Gd-CO или Y-Co позволили установить количественное соотношение компонентов сплава, которое обеспечивает достижение технического результата - высокую конверсию по оксиду углерода при температурах 230-240°С. Так, при содержании редкоземельного элемента менее 16 мас.% или более 38 мас.% наблюдается значительное снижение конверсии оксида углерода.

Сплав предлагаемого состава может быть получен следующим образом. Исходную шихту готовят путем помещения металлического кобальта и редкоземельного элемента (иттрия или гадолиния) в соотношении, обеспечивающем получение сплава заявляемого состава, в емкость, например, в алундовый тигель. Готовую шихту в алундовом тигле помещают в высокотемпературную вакуумную печь и производят нагрев до температуры, превышающей на 100°С температуру плавления сплава, при вакууме порядка 10^-6 мм рт.ст.. Затем выдерживают при этой температуре в течение часа, после чего осуществляют постепенное охлаждение сплава до комнатной температуры. Состав полученного сплава подтверждают химическим и рентгено-фазовым анализом.

Получение сплава заявляемого состава иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 84 г металлического кобальта марки К-1, чистотой 99,25% (84 мас.%) и 16 г металлического иттрия марки ИтМ-1 (16 мас.%) и помещают в алундовый тигель. Тигель помещают в высокотемпературную вакуумную печь СШВЛ и нагревают до температуры 1430°С при вакууме 10^-6 мм рт.ст. При этой температуре выдерживают в течение 1 часа, затем постепенно охлаждают до комнатной температуры. По данным химического и рентгено-фазового анализа получают сплав состава, мас.%: иттрий - 16; кобальт - 84.

Пример 2. Берут 62 г металлического кобальта марки К-1, чистотой 99,25% (62 мас.%) и 38 г металлического гадолиния марки ГдМ-1 (38 мас.%) и помещают в алундовый тигель. Тигель помещают в высокотемпературную вакуумную печь СШВЛ и нагревают до температуры 1100°С при вакууме 10^-6 мм рт.ст. При этой температуре выдерживают в течение 1 часа, затем постепенно охлаждают до комнатной температуры. По данным химического и рентгено-фазового анализа получают сплав состава, мас.%: гадолиний - 38; кобальт - 62.

Применение предлагаемого технического решения в качестве катализатора окисления оксида углерода иллюстрируется следующими примерами.

Пример 3. Реакцию каталитического окисления оксида углерода проводят на установке с реактором проточного типа. Состав конвертируемого газа: 9,1% СО; 14% О₂; 76,9% N₂. В реактор предварительно загружают 5 см³ порошка сплава состава, мас.%: Gd - 38; Со - 62. Порошок сплава с удельной поверхностью 0,20 м²/г получают путем механического измельчения. Конвертируемый газ пропускают через реактор с объемной скоростью подачи 400 ч^-1 при температуре 240°С. Конверсия СО равна 100%.

Пример 4. Реакцию каталитического окисления оксида углерода проводят на установке с реактором проточного типа. Состав конвертируемого газа: 9,1% СО; 14% О₂; 76,9% N₂. В реактор предварительно загружают 5 см³ порошка сплава состава, мас.%: Y - 16; Со - 84. Порошок сплава с удельной поверхностью 0,19 м²/г получают путем механического измельчения. Конвертируемый газ пропускают через реактор с объемной скоростью подачи 400 ч^-1 при температуре 230°С. Конверсия СО равна 100%.

Таким образом, авторами предлагается сплав на основе кобальта, который может быть использован как катализатор окисления оксида углерода, обладающий высокой активностью при более высоких температурах, чем известный катализатор, что позволит расширить температурный интервал использования катализаторов, используемых для снижения степени экологического загрязнения окружающей среды.

Сплав на основе кобальта, проявляющий каталитические свойства при окислении оксида углерода, содержащий редкоземельный элемент, отличающийся тем, что в качестве редкоземельного элемента он содержит иттрий или гадолиний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

иттрий или гадолиний	16÷38
кобальт	остальное