一種高效促進N₂O分解的Ru/Silicalite-1催化劑的製備方法

2023-06-11 12:17:16

專利名稱：一種高效促進N2O分解的Ru/Silicalite-1催化劑的製備方法
技術領域：
本發明屬於化學化工技術和環境保護領域，涉及一種Ru/Silicalite-1催化劑的製備方法。具體涉及到一種能高效促進N20分解的Ru/Silicalite-1催化劑製備方法。
背景技術：
^0是一種溫室氣體，由於其在自然界中的穩定性，對大氣臭氧層具有很強的破壞作用，其溫室氣體效應是(A百倍以上。研究顯示，硝酸、己二酸生產以及機動車尾氣中均含有KO。原本大氣中的^0存在自發的平衡過程，即排放和降解速率基本相同。但隨著工業化進程的提高和機動車數量的迅猛增加，大氣中的N20濃度正逐年上升，超出了其自平衡能力。 現有技術公開了金屬、氧化物、混合氧化物等都曾經作為N20分解的催化劑。近年來，隨著沸石合成技術的不斷發展，以其為載體的負載型催化劑受到了越來越廣泛的關注。此類催化劑具有很大的比表面，活性元素分散性能好，因而得到了廣泛的關注和應用。

發明內容
本發明的目的在於提供涉及一種Ru/Silicalite-1催化劑的製備方法。具體涉及一種有效提高Silicalite-1負載Ru元素催化劑催化N20分解成02和N2的活性的方法。
本發明中，載體Silicalite-1 (全矽HZSM-5沸石)通過水熱合成法製得，並採用超聲浸漬法將活性元素Ru以氧化物的形式負載在載體表面，浸漬時間比常規浸漬法縮短一半。本發明中Ru/Silicalite-1催化劑的活性可以通過調節載體的晶化時間來改變，載體晶化時間延長對Ru/Silicalite-1催化劑活性具有促進作用。所述的Silicalite-1通過水熱法合成，晶化溫度控制170-200°C，晶化時間控制在2-10天，最優晶化時間在5-7天範圍內； 本發明中，在Ru/Silicalite-1催化劑下，He為平衡氣，通過調整N20量控制其濃
度。混合氣經計量後進入固定床反應，其中，催化分解^0的反應條件為催化反應溫度200-55(TC，壓力0. 1-0. 5MPa， N20濃度為1000-5000ppm(氦氣為
平衡氣)，混合氣體氣時空速範圍為5000-50000h—1條件下進行N20分解。載體Silicalite-l
晶化時間對於催化反應活性影響顯著，晶化時間最優時間在5-7天，該法製備的催化劑具
有高效的催化活性和穩定性，在40(TC時N20分解率即達到100%。 本發明優選反應條件為 (1)載體晶化時間為5-7天； (2)超聲浸漬處理30min ; (3)催化反應溫度250-500°C ; (4)最佳反應壓力為0. 2MPa ; (5) N20在平衡氣He中的濃度為2600卯m ;
(6)N20和He的混合氣體氣時空速範圍為30000-50000h—、 本發明製備的Ru/Silicalite-1催化劑製備技術簡單，並具有高效的N20分解活性。 本發明的技術方案涉及到，在Ru/Silicalite-1催化劑的作用下，將N20分解成02和K的過程，催化反應在連續氣固相反應床中進行。其反應式為
N20— l/202+N2 本發明所用的催化劑是Ru/Silicalite-1催化劑，其具體的製備方法如下
(1)載體Silicalite-l通過水熱法合成以NaSiOg *9H20為矽源，TPABr為模板齊U，混膠後攪拌5-6h，在水熱釜內170-200°C晶化1-10天，晶化後樣品經550-60(TC焙燒5-6h，再用0. 2-0. 5mol/L NH4N03溶液進行離子交換三次，每次離子交換的時間5-6h，經過濾乾燥後，固體粉末在550-60(TC下再次焙燒； (2)負載Ru在Silicalite-l載體上的方法為超聲浸漬法載體浸沒於含0. 4-0. 6g Ru的100ml RuCl3稀鹽酸溶液中，其中稀鹽酸溶液中HC1的濃度0. 1-0. 2mol/L，採用超聲處理25-30min。經過濾後，濾餅在60-8(TC烘乾，最後在550-60(TC焙燒4_5h完成。 本發明運用簡單的方法，極大地提高了 Ru/Silicalite-1催化劑催化N20分解成02和N2的活性，簡化了催化劑組成，提高了活性元素的分散性，降低了催化劑生產成本，減少了^0的環境汙染。具有良好的經濟和社會效益。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步描述本發明，但不意味對本發明內容的限制。
實施例1 按如下方法製備Ru/Silicalite-1催化劑 (1)載體Silicalite-l通過水熱法合成以NaSi03 9H20為矽源，TPABr為模板劑，混膠後攪拌5-6h，在水熱釜內170-200°C晶化1天，晶化後樣品經550-60(TC焙燒5-6h，再用0. 2-0. 5mol/L NH4N03溶液進行離子交換三次，每次離子交換的時間5-6h，經過濾乾燥後，固體粉末在550-60(TC下再次焙燒5-6h ; (2)負載Ru在Silicalite-l載體上的方法為超聲浸漬法即載體浸沒於含0. 4-0. 6g Ru的100ml RuCl3稀鹽酸溶液中，其中稀鹽酸溶液中HC1的濃度0. 1-0. 2mol/L，按催化劑的Ru理論負載量質量分數1%進行負載，採用超聲處理30min。經過濾後濾餅在60-8(TC烘乾，最後在550-60(TC焙燒4-5h完成。 將上述催化劑0. 185g裝入直徑5mm的石英管中，將N20與He按體積比1 : 388，混合氣體的氣時空速為37000h—、反應體系壓力為0. 2MPa，反應溫度475_500°C ， N20分解率低於30%。
實施例2 載體Silicalite-l晶化時間2天，催化劑其餘製備過程同實施例1。
將上述催化劑0. 185g裝入直徑5mm的石英管中，將N20與He按體積比1 : 388，混合氣體的氣時空速為37000h—、反應體系壓力為0. 2MPa，反應溫度375_400°C ， N20分解率為50% 。反應溫度達到475°C以上，N20分解率可達到100% 。
實施例3 載體Silicalite-1晶化時間3天，催化劑其餘製備過程同實施例1上。 將上述催化劑0. 185g裝入直徑5mm的石英管中，將N20與He按體積比1 : 388，
混合氣體的氣時空速為37000h—、反應體系壓力為0. 2MPa，反應溫度為3501:時，^0分解率
為50%。反應溫度達到45(TC以上時，N^分解率可達到100%。 實施例4 載體Silicalite-1晶化時間5天，催化劑其餘製備過程同實施例1。 將上述催化劑0. 185g裝入直徑5mm的石英管中，將N20與He按體積比1 : 388，
混合氣體的氣時空速為37000h—、反應體系壓力為0. 2MPa，反應溫度3501:時，^0分解率為
50%。反應溫度在425"以上時，^0分解率達到100%。 實施例5 載體Silicalite-1晶化時間7天，催化劑其餘製備過程同實施例1。 將上述催化劑0. 185g裝入直徑5mm的石英管中，將N20與He按體積比1 : 388，
混合氣體的氣時空速為37000h—、反應體系壓力為0. 2MPa，反應溫度為325°0時，^0分解率
為50%。反應溫度為40(TC時，^0分解率達到100%。 實施例6 載體為SBA-15，催化劑其餘製備過程同實施例1。 將上述催化劑0. 185g裝入直徑5mm的石英管中，將N20與He按體積比1 : 388， 混合氣體的氣時空速為37000h—、反應體系壓力為0. 2MPa，反應溫度475_500°C時，N20分解 率為50%。
權利要求
一種高效促進N2O分解的Ru/Silicalite-1催化劑製備方法，其特徵在於採用Ru/Silicalite-1催化劑，將活性元素Ru以氧化物的形式負載在載體表面，通過調節載體的晶化時間改變所述Ru/Silicalite-1催化劑的活性，催化N2O分解成O2和N2；其中所述的負載方法是在浸漬過程中採用超聲浸漬方法。
2. 按權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的載體晶化時間延長對Ru/Silicalite-1催化劑活性具有促進作用。
3. 根據權利1所述的製備方法，其特徵為所述的Silicalite-1通過水熱法合成，晶化溫度控制170-200°C，晶化時間控制在2-10天，焙燒溫度550-600°C ，焙燒時間5-6h，採用0. 2-0. 5mol/L NH4N03溶液進行離子交換三次，每次離子交換的時間5-6h，經過濾乾燥後，固體粉末在550-60(TC下再次焙燒；負載Ru在Silicalite-1載體上的方法為超聲浸漬法，載體浸沒於含0. 4-0. 6gRu的100ml RuCl3稀鹽酸溶液中，其中稀鹽酸溶液中HC1的濃度0. 1-0. 2mol/L，採用超聲處理25-30min。經過濾後，濾餅在60-80。C烘乾，最後在550-600。C焙燒4-5h。
4. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述Ru/Silicalite-l催化劑催化N20分解成02和N2的反應條件為(1) 載體晶化時間為2-10天(2) 超聲浸漬處理25-30min(3) 催化反應的溫度為200-550°C ;(4) 催化反應的壓力為0. 1-0. 5MPa ;(5) He為平衡氣，N20濃度為1000-5000卯m ;(6) N20和He的混合氣體氣時空速範圍為5000-50000h—、
5. 根據權利l所述的製備方法，其特徵在於所述Ru/Silicalite-l催化劑催化N20分解成02和N2的反應條件為(1) 載體晶化時間為5-7天；(2) 超聲浸漬處理30min ;(3) 催化反應溫度250-500°C ;(4) 催化反應的壓力為0. 2MPa ;(5) N20在平衡氣He中的濃度為2600卯m ;(6) N20和He的混合氣體氣時空速範圍為30000-50000h一1。
全文摘要
本發明屬於化學化工技術和環境保護領域，涉及一種有效提高Silicalite-1(全矽HZSM-5沸石)負載Ru元素催化劑催化N2O分解成O2和N2的活性的方法。其中，載體通過水熱合成法製得，並採用超聲浸漬法將活性元素Ru以氧化物的形式負載在載體表面，浸漬時間比常規浸漬法縮短一半。催化反應溫度為200-550℃，壓力為0.1-0.5MPa，N2O濃度為1000-5000ppm，氦氣為平衡氣，混合氣體氣時空速範圍為5000-50000h-1條件下進行N2O分解。載體晶化時間5-7天，對催化反應活性影響顯著，本發明製備技術簡單，製備的催化劑具有高效的催化活性和穩定性，在400℃時N2O分解率即達到100％，並具有高效的N2O分解活性。
文檔編號B01D53/86GK101786011SQ200910045878
公開日2010年7月28日 申請日期2009年1月23日 優先權日2009年1月23日
發明者匡偉偉, 徐華龍, 沈偉, 沈震浩, 童挺, 邱建立 申請人:復旦大學;上海華誼集團上硫化工有限公司