氧化亞氮轉化催化劑的製作方法
2023-06-10 10:51:01 1
本發明涉及用於處理氧化亞氮（n2o）以使其無害化的催化劑，特別是在硝酸生產過程中用來把n2o轉化成n2和o2的催化劑。
背景技術：
隨著氣候日益變暖，溫室氣體減排日益緊迫。目前大氣中的溫室氣體主要包括co2、ch4、n2o、hfcs、pfcs、sf6。其中的氧化亞氮（n2o）俗稱為笑氣，對人體具有麻醉作用，吸入人體內可導致興奮，因此而得名。研究表明，n2o不僅具有強大的溫室效應，同時還會引起臭氧層的破壞，是大氣中不可忽視的汙染物。目前，世界上所排放的n2o主要來自：工業己二酸和硝酸等化工類生產行業，使用硝酸作為氧化劑的化工過程，以煤作為燃料的硫化床鍋爐等煤燃燒設備，汽車發動機和汽車尾氣，以及在nox消除過程中伴隨生成的部分n2o。工業革命以來，各種工業生產過程中n2o的排放正在呈逐年上升的趨勢。隨著人們環保意識的不斷增強，如何有效控制和消除n2o已成為全世界共同關注的重要環境問題，n2o的脫除技術越來越受到更多的關注。
n2o的直接催化分解是脫除n2o的理想方法之一。這是由於n2o的直接催化分解具有操作簡單，費用低廉，無需引入還原劑，不產生二次汙染等獨特優點。n2o的直接催化分解技術是將n2o在催化劑的作用下直接分解為n2和o2。其催化分解過程如反應式（1）：
2n2o=2n2↑+o2↑(1)
直接催化分解法由於反應溫度相對較低，無需還原劑，運行費用低，並且分解的產物n2和o2對環境沒有二次汙染、不產生co2，已成為最有應用前景的n2o脫除技術。催化劑是直接分解n2o技術的核心，也是該技術的研發熱點。
專利申請文獻cn101664694a採用浸漬法製備了一種催化分解n2o的分子篩負載鈷複合氧化物催化劑，可在550℃左右完全分解n2o。由於該催化劑在500～1000℃的較高溫度下經焙燒製得，因而具有較高的耐高溫特性。然而，在較低溫度下就具備良好的催化活性，在較高溫度下具備良好的熱穩定性，並具有優良性價比的氧化亞氮分解催化劑依然是目前該行業的研發熱點。
技術實現要素：
本發明目的在於提供一種用於處理n2o使其轉化成n2和o2的催化劑。該催化劑在較低溫度下具備良好的催化活性，在較高溫度下具備良好的熱穩定性，並具有優良的性價比。
用於實現上述發明目的笑氣轉化催化劑，通過以下步驟獲得：
首先，按照質量比ce2o3∶la2o3=5∶1分別稱取ce(no3)•6h2o和la(no3)•6h2o溶於同一份水中獲得前驅溶液。將該前驅溶液等容浸漬於γ-a12o3小球載體上，隨即將浸漬有ce(no3)•6h2o和la(no3)•6h2o的γ-a12o3小球載體放入水浴箱中40℃下恆溫放置8小時，取出後10℃下乾燥12小時，然後放入馬弗爐中升溫至700℃下焙燒4小時，得到含有稀土氧化物ce2o3和la2o3的催化劑小球載體re/γ-a12o3。其中稀土氧化物re與γ-a12o3的重量比為5%～20%。
隨後，將h3ptcl6•6h2o的水溶液等容浸漬於前述步驟所得re/γ-a12o3小球載體上，隨即將浸漬有h3ptcl6•6h2o的re/γ-a12o3小球載體放入水浴箱中40℃下恆溫放置8小時，然後放入馬弗爐中升溫至600℃下焙燒2小時，得到pt/re/γ-a12o3催化劑。按照重量比pt∶pt/re/γ-a12o3=0.1%～2%。
本發明n2o分解催化劑以γ-a12o3小球為載體，通過浸漬和焙燒方式將適量的稀土氧化物ce2o3、la2o3以及金屬pt負載於γ-a12o3小球上獲得直接用於催化分解n2o的催化劑。該催化劑在較低溫度下即具備良好的催化活性，在負載2%金屬pt的情況下分解50%n2o的活性溫度為315℃。該催化劑在較高溫度下具備良好的熱穩定性，經530℃下於含n2o氣氛中連續工作100小時後其對n2o的催化分解率依然保持100%。在本發明技術方案內該催化劑耗用的貴金屬不會大幅升高產品成本，具有優良的性價比。
具體實施方式
實施例1
⑴按照質量比ce2o3∶la2o3=5∶1，分別稱取市售工業級純度的ce(no3)•6h2o和la(no3)•6h2o溶於同一份去離子水中，將該混合溶液等容浸漬於γ-a12o3小球載體上，隨即將浸漬有ce(no3)•6h2o和la(no3)•6h2o的γ-a12o3小球載體放入水浴箱中40℃下恆溫放置8小時，取出後10℃下乾燥12小時，然後放入馬弗爐中升溫至700℃下焙燒4小時，得到含有稀土氧化物的催化劑小球載體re/γ-a12o3，re代表ce2o3、la2o3的混合物。其中re與γ-a12o3的重量比為20%。
⑵將其試劑純度為工業級的市售h3ptcl6•6h2o溶於去離子水中，隨後等容浸漬於步驟⑴所得re/γ-a12o3小球載體上，隨即將浸漬有h3ptcl6•6h2o的re/γ-a12o3小球載體放入水浴箱中40℃下恆溫放置8小時，然後放入馬弗爐中升溫至600℃下焙燒2小時，得到pt/re/γ-a12o3催化劑。按照重量比pt∶pt/re/γ-a12o3=0.1%。
將上述步驟得到的pt/re/γ-a12o3催化劑置於常壓固定床石英管微型反應器中進行測試。測試條件：電爐加熱，程序升溫控制儀控制爐溫，反應氣中n2o的摩爾分數為0.34%，餘為n2，空速為2500h-1。反應產物由shimadzugc28a型氣相色譜儀分析（porapak2q色譜柱），tcd檢測，計算n2o的分解率。經檢測計算，該催化劑在n2o達到50%分解率時的催化活性t50=370℃，在n2o達到90%分解率時的催化活性t90=420℃，在n2o達到100%分解率時的催化活性t100=530℃。在530℃下連續工作100小時後，該催化劑對n2o的催化分解率依然保持100%，熱穩定性不變。
實施例2
⑴按照質量比ce2o3∶la2o3=5∶1，分別稱取市售工業級純度的ce(no3)•6h2o和la(no3)•6h2o溶於同一份去離子水中，將該混合溶液等容浸漬於γ-a12o3小球載體上，隨即將浸漬有ce(no3)•6h2o和la(no3)•6h2o的γ-a12o3小球載體放入水浴箱中40℃下恆溫放置8小時，取出後10℃下乾燥12小時，然後放入馬弗爐中升溫至700℃下焙燒4小時，得到含有稀土氧化物的催化劑小球載體re/γ-a12o3，re代表ce2o3、la2o3的混合物。其中re與γ-a12o3的重量比為10%。
⑵將其試劑純度為工業級的市售h3ptcl6•6h2o溶於去離子水中，隨後等容浸漬於步驟⑴所得re/γ-a12o3小球載體上，隨即將浸漬有h3ptcl6•6h2o的re/γ-a12o3小球載體放入水浴箱中40℃下恆溫放置8小時，然後放入馬弗爐中升溫至600℃下焙燒2小時，得到pt/re/γ-a12o3催化劑。按照重量比pt∶pt/re/γ-a12o3=0.5%。
將上述步驟得到的pt/re/γ-a12o3催化劑置於常壓固定床石英管微型反應器中進行測試。測試條件：電爐加熱，程序升溫控制儀控制爐溫，反應氣中n2o的摩爾分數為0.34%，餘為n2，空速為2500h-1。反應產物由shimadzugc28a型氣相色譜儀分析（porapak2q色譜柱），tcd檢測，計算n2o的分解率。經檢測計算，該催化劑在n2o達到50%分解率時的催化活性t50=360℃，在n2o達到90%分解率時的催化活性t90=410℃，在n2o達到100%分解率時的催化活性t100=525℃。在530℃下連續工作100小時後，該催化劑對n2o的催化分解率依然保持100%，熱穩定性不變。
實施例3
⑴按照質量比ce2o3∶la2o3=5∶1，分別稱取市售工業級純度的ce(no3)•6h2o和la(no3)•6h2o溶於同一份去離子水中，將該混合溶液等容浸漬於γ-a12o3小球載體上，隨即將浸漬有ce(no3)•6h2o和la(no3)•6h2o的γ-a12o3小球載體放入水浴箱中40℃下恆溫放置8小時，取出後10℃下乾燥12小時，然後放入馬弗爐中升溫至700℃下焙燒4小時，得到含有稀土氧化物的催化劑小球載體re/γ-a12o3，re代表ce2o3、la2o3的混合物。其中re與γ-a12o3的重量比為15%。
⑵將其試劑純度為工業級的市售h3ptcl6•6h2o溶於去離子水中，隨後等容浸漬於步驟⑴所得re/γ-a12o3小球載體上，隨即將浸漬有h3ptcl6•6h2o的re/γ-a12o3小球載體放入水浴箱中40℃下恆溫放置8小時，然後放入馬弗爐中升溫至600℃下焙燒2小時，得到pt/re/γ-a12o3催化劑。按照重量比pt∶pt/re/γ-a12o3=1%。
將上述步驟得到的pt/re/γ-a12o3催化劑置於常壓固定床石英管微型反應器中進行測試。測試條件：電爐加熱，程序升溫控制儀控制爐溫，反應氣中n2o的摩爾分數為0.34%，餘為n2，空速為2500h-1。反應產物由shimadzugc28a型氣相色譜儀分析（porapak2q色譜柱），tcd檢測，計算n2o的分解率。經檢測計算，該催化劑在n2o達到50%分解率時的催化活性t50=328℃，在n2o達到90%分解率時的催化活性t90=378℃，在n2o達到100%分解率時的催化活性t100=480℃。在530℃下連續工作100小時後，該催化劑對n2o的催化分解率依然保持100%，熱穩定性不變。
實施例4
⑴按照質量比ce2o3∶la2o3=5∶1，分別稱取市售工業級純度的ce(no3)•6h2o和la(no3)•6h2o溶於同一份去離子水中，將該混合溶液等容浸漬於γ-a12o3小球載體上，隨即將浸漬有ce(no3)•6h2o和la(no3)•6h2o的γ-a12o3小球載體放入水浴箱中40℃下恆溫放置8小時，取出後10℃下乾燥12小時，然後放入馬弗爐中升溫至700℃下焙燒4小時，得到含有稀土氧化物的催化劑小球載體re/γ-a12o3，re代表ce2o3、la2o3的混合物。其中re與γ-a12o3的重量比為8%。
⑵將其試劑純度為工業級的市售h3ptcl6•6h2o溶於去離子水中，隨後等容浸漬於步驟⑴所得re/γ-a12o3小球載體上，隨即將浸漬有h3ptcl6•6h2o的re/γ-a12o3小球載體放入水浴箱中40℃下恆溫放置8小時，然後放入馬弗爐中升溫至600℃下焙燒2小時，得到pt/re/γ-a12o3催化劑。按照重量比pt∶pt/re/γ-a12o3=1.5%。
將上述步驟得到的pt/re/γ-a12o3催化劑置於常壓固定床石英管微型反應器中進行測試。測試條件：電爐加熱，程序升溫控制儀控制爐溫，反應氣中n2o的摩爾分數為0.34%，餘為n2，空速為2500h-1。反應產物由shimadzugc28a型氣相色譜儀分析（porapak2q色譜柱），tcd檢測，計算n2o的分解率。經檢測計算，該催化劑在n2o達到50%分解率時的催化活性t50=320℃，在n2o達到90%分解率時的催化活性t90=377℃，在n2o達到100%分解率時的催化活性t100=475℃。在530℃下連續工作100小時後，該催化劑對n2o的催化分解率依然保持100%，熱穩定性不變。
實施例5
⑴按照質量比ce2o3∶la2o3=5∶1，分別稱取市售工業級純度的ce(no3)•6h2o和la(no3)•6h2o溶於同一份去離子水中，將該混合溶液等容浸漬於γ-a12o3小球載體上，隨即將浸漬有ce(no3)•6h2o和la(no3)•6h2o的γ-a12o3小球載體放入水浴箱中40℃下恆溫放置8小時，取出後10℃下乾燥12小時，然後放入馬弗爐中升溫至700℃下焙燒4小時，得到含有稀土氧化物的催化劑小球載體re/γ-a12o3，re代表ce2o3、la2o3的混合物。其中re與γ-a12o3的重量比為5%。
⑵將其試劑純度為工業級的市售h3ptcl6•6h2o溶於去離子水中，隨後等容浸漬於步驟⑴所得re/γ-a12o3小球載體上，隨即將浸漬有h3ptcl6•6h2o的re/γ-a12o3小球載體放入水浴箱中40℃下恆溫放置8小時，然後放入馬弗爐中升溫至600℃下焙燒2小時，得到pt/re/γ-a12o3催化劑。按照重量比pt∶pt/re/γ-a12o3=2%。
將上述步驟得到的pt/re/γ-a12o3催化劑置於常壓固定床石英管微型反應器中進行測試。測試條件：電爐加熱，程序升溫控制儀控制爐溫，反應氣中n2o的摩爾分數為0.34%，餘為n2，空速為2500h-1。反應產物由shimadzugc28a型氣相色譜儀分析（porapak2q色譜柱），tcd檢測，計算n2o的分解率。經檢測計算，該催化劑在n2o達到50%分解率時的催化活性t50=315℃，在n2o達到90%分解率時的催化活性t90=374℃，在n2o達到100%分解率時的催化活性t100=470℃。在530℃下連續工作100小時後，該催化劑對n2o的催化分解率依然保持100%，熱穩定性不變。