燃氣熱水器用非貴金屬CO催化淨化材料及其製備方法與流程
2023-06-23 00:27:51
本發明涉及一種燃氣熱水器，具體說，涉及一種燃氣熱水器用非貴金屬co催化淨化材料及其製備方法。
背景技術：
隨著時代的進步及生活形態的轉變，熱水器已是目前一般居家生活不可或缺的必要裝置。其中，燃氣熱水器由於具有加熱迅速，購買及使用成本低，無論什麼天氣都無需等待，可直接使用，且體積較小等優點，最廣為一般大眾所採用。然而，使用燃氣熱水器，容易因緊閉的屋內氧氣量不夠，使得燃氣不完全燃燒釋放出一氧化碳而造成中毒。因此，燃氣熱水器中一般都裝有一氧化碳淨化器，保證燃氣燃燒時co排放量達標，從而保證用戶的生命安全。
公開號cn104556032a的專利文獻公開了一種燃氣熱水器用co淨化器，其包括蜂窩陶瓷基體和附著在蜂窩陶瓷基體表面的催化劑層，但其活性組分是由貴金屬金、銀、釕、銠、鈀、鋨、銥或鉑中的一種或多種構成，生產成本較高。
公開號cn101143321b的專利文獻公開了一種co氧化的非貴金屬催化劑，該催化劑製備工藝簡單，但其反應溫度為-30～50℃。公開號cn103362613a的專利文獻公開了一種一氧化碳選擇性氧化鈰、鋯和銅的混合氧化物(cezrcuox)催化劑，但其使用溫度在200～400℃範圍內。公開號cn103831111b的專利文獻公布了一種具有核殼結構的co3o4-ceo2-zro2催化劑，該催化劑製備工藝複雜，且其co完全氧化所需的溫度≤-65℃。上述三類催化劑均為非貴金屬催化劑，原材料成本較低，但都不適合在燃氣熱水器工況環境(150～200℃)下使用。
公開號cn101485984b專利文獻公開了一種co氧化催化劑，該催化劑由ceo2-tio2複合氧化物載體和活性組分cuo組成，其在80-170℃溫度範圍內可以將co減少到100ppm，但是燃氣熱水器co淨化器出口處co濃度需降低到50ppm以下，且其在170-200℃範圍內co轉化率降低，無法滿足熱水器煙氣排放要求。
綜上所述，目前燃氣熱水器用co淨化器存在生產成本較高，使用環境溫度較高(150～200℃)，對co排放量要求較低(≤50ppm)，使用壽命短等問題。
技術實現要素：
本發明所解決的技術問題是提供一種燃氣熱水器用非貴金屬co催化淨化材料及其製備方法，材料具有成本低、耐高溫、水熱穩定性好、抗硫及氟氯中毒性能好、使用壽命長、可將co含量降低到20ppm以下等優點。
技術方案如下：
一種燃氣熱水器用非貴金屬co催化淨化材料，催化劑載體為cuo-tio2-sio2，活性組包括ceo2、sb2o3或nb2o5中的一種或幾種。
進一步：催化劑載體中，cuo與tio2和sio2的質量比例為5-9:1-5，sio2與tio2的質量比為1:19。
進一步：活性組分ceo2與載體cuo-tio2-sio2的摩爾比為1:1或1:2。
進一步：活性組分sb2o3或nb2o5與ceo2的摩爾比為1:4.3或1:6.2。
進一步：催化劑的比表面為180-220m2/g。
進一步：晶粒粒徑為25-30nm。
一種燃氣熱水器用非貴金屬co催化淨化材料的製備方法，採用表面活性劑模板法，其中模板劑為烷基糖苷；材料的催化劑載體為cuo-tio2-sio2，活性組包括ceo2、sb2o3或nb2o5中的一種或幾種。
優選的：按照cuo與tio2+sio2質量比為7:1，sio2與tio2的質量比為1:19，分別稱取3303gcu(no3)2·3h2o與125gsio2與tio2的混合物於3l水中攪拌均勻，按照ceo2與cuo-tio2-sio2的摩爾比為1:1稱取6625.7gce(no3)3·6h2o於上述混合溶液中，攪拌均勻後加入0.23mol/l烷基糖苷溶液500ml，待其完全分散於上述溶液後，按照sb2o3與ceo2的摩爾比為1:4.3將sb2o3與氨水同時緩慢加到上述溶液中至ph＝9，攪拌陳化反應4h，110℃下水熱反應12h，抽濾洗滌，500℃下焙燒4h即可得到催化劑粉末。
優選的：取0.28mol/l的烷基糖苷溶液3l，攪拌至溶液中泡沫大小為1-2mm，按照cuo/tio2+sio2質量比為6.5:1，sio2與tio2的質量比為1:19，分別稱取3263gcu(no3)2·3h2o和133gsio2與tio2的混合物於上述溶液中攪拌均勻，按照ceo2與cuo-tio2-sio2的摩爾比為1:2稱取3300gce(no3)3·6h2o於上述混合溶液中，攪拌2h至烷基糖苷泡沫將所加物質完全包覆，按照sb2o3與ceo2的摩爾比為1:4.3將醋酸銻的熱乙二醇溶液與氨水同時分別緩慢加到上述溶液中至ph＝9，攪拌陳化反應4h，110℃下水熱反應12h，抽濾洗滌，500℃下焙燒4h即可得到催化劑粉末。
優選的：取0.18mol/l的烷基糖苷溶液3l，攪拌至溶液中泡沫大小為1-2mm，按照cuo/tio2+sio2質量比為7:1，sio2與tio2的質量比為1:19，分別稱取3303gcu(no3)2·3h2o與125gsio2與tio2的混合物於3l水中攪拌均勻，按照ceo2與cuo-tio2-sio2的摩爾比為1:1稱取6625.7gce(no3)3·6h2o於上述混合溶液中，按照nb2o5與ceo2的摩爾比為1:6.2將醋酸鈮溶液與氨水同時分別緩慢加到上述溶液中至ph＝9，攪拌陳化反應4h，110℃下水熱反應12h，抽濾洗滌，500℃下焙燒4h即可得到催化劑粉末。
與現有技術相比，本發明技術效果包括：
本發明具有成本低、耐高溫、水熱穩定性好、抗硫及氟氯中毒性能好、使用壽命長、可將co含量降低到20ppm以下等優點。
1、本發明所提供的co催化淨化器對於非全預混及全預混燃氣熱水器，都可以在120～270℃範圍內將co的排放量降低到20ppm以下。
2、本發明所提供的co催化淨化器安裝後對風道壓力增加小於60pa，且其壽命可以達到2200h。
具體實施方式
下面參考示例實施方式對本發明技術方案作詳細說明。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限於在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本發明更全面和完整，並將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。
燃氣熱水器用非貴金屬co催化淨化材料，為蜂窩狀，通過擠壓成型，催化劑載體為cuo-tio2-sio2，活性組分為ceo2、sb2o3或nb2o5中的一種或幾種。
催化劑載體中，cuo與tio2和sio2的質量比例為5-9:1-5，sio2與tio2的質量比為1:19。催化劑的比表面為180-220m2/g。晶粒粒徑為25-30nm。
ceo2與載體cuo-tio2-sio2的摩爾比為1:1或1:2。活性組分sb2o3或nb2o5與ceo2的摩爾比為1:4.3或1:6.2。
製備方法為表面活性劑模板法，其中模板劑為烷基糖苷。由ceo2-sb2o3(nb2o5)/cuo-tio2-sio2催化劑粉體自身擠壓而成。
實施例1：
(1)按照cuo與tio2+sio2質量比為7:1，sio2與tio2的質量比為1:19，分別稱取3303gcu(no3)2·3h2o與125gsio2與tio2的混合物於3l水中攪拌均勻，按照ceo2與cuo-tio2-sio2的摩爾比為1:1稱取6625.7gce(no3)3·6h2o於上述混合溶液中，攪拌均勻後加入0.23mol/l烷基糖苷溶液500ml，待其完全分散於上述溶液後，按照sb2o3與ceo2的摩爾比為1:4.3將sb2o3與氨水同時緩慢加到上述溶液中至ph＝9，攪拌陳化反應4h，110℃下水熱反應12h，抽濾洗滌，500℃下焙燒4h即可得到催化劑粉末。
(2)將上述催化劑經傳統煉泥、陳腐、擠出、乾燥、燒成、切割、包裝後即可得到蜂窩狀co催化淨化材料。
採用n2吸附-脫附測試，所得催化劑的比表面為183.6m2/g。採用xrd對催化劑進行分析，其晶粒粒徑為27.9nm。
實施例2：
(1)取0.28mol/l的烷基糖苷溶液3l，攪拌至溶液中泡沫大小為1-2mm，按照cuo/tio2+sio2質量比為6.5:1，sio2與tio2的質量比為1:19，分別稱取3263gcu(no3)2·3h2o和133gsio2與tio2的混合物於上述溶液中攪拌均勻，按照ceo2與cuo-tio2-sio2的摩爾比為1:2稱取3300gce(no3)3·6h2o於上述混合溶液中，攪拌2h至烷基糖苷泡沫將所加物質完全包覆，按照sb2o3與ceo2的摩爾比為1:4.3將醋酸銻的熱乙二醇溶液與氨水同時分別緩慢加到上述溶液中至ph＝9，攪拌陳化反應4h，110℃下水熱反應12h，抽濾洗滌，500℃下焙燒4h即可得到催化劑粉末。
(2)將上述催化劑經傳統煉泥、陳腐、擠出、乾燥、燒成、切割、包裝後即可得到蜂窩狀co催化淨化材料。
採用n2吸附-脫附測試，所得催化劑的比表面為209.7m2/g。採用xrd對催化劑進行分析，其晶粒粒徑為25.4nm。
實施例3：
(1)取0.18mol/l的烷基糖苷溶液3l，攪拌至溶液中泡沫大小為1-2mm，按照cuo/tio2+sio2質量比為7:1，sio2與tio2的質量比為1:19，分別稱取3303gcu(no3)2·3h2o與125gsio2與tio2的混合物於3l水中攪拌均勻，按照ceo2與cuo-tio2-sio2的摩爾比為1:1稱取6625.7gce(no3)3·6h2o於上述混合溶液中，按照nb2o5與ceo2的摩爾比為1:6.2將醋酸鈮溶液與氨水同時分別緩慢加到上述溶液中至ph＝9，攪拌陳化反應4h，110℃下水熱反應12h，抽濾洗滌，500℃下焙燒4h即可得到催化劑粉末。
(2)將上述催化劑經傳統煉泥、陳腐、擠出、乾燥、燒成、切割、包裝後即可得到蜂窩狀co催化淨化材料。
採用n2吸附-脫附測試，所得催化劑的比表面為181.0m2/g。採用xrd對催化劑進行分析，其晶粒粒徑為29.5nm。
實施例4：
(1)取0.2mol/l的烷基糖苷溶液3l，攪拌至溶液中泡沫大小為1-2mm，按照cuo/tio2+sio2質量比為5.3:1，sio2與tio2的質量比為1:19，分別稱取3176gcu(no3)2·3h2o和159gsio2與tio2的混合物於上述溶液中攪拌均勻，按照ceo2與cuo的摩爾比為1:2稱取3292.8gce(no3)3·6h2o於上述混合溶液中，按照nb2o5與ceo2的摩爾比為1:4.3將草酸鈮溶液與氨水同時分別緩慢加到上述溶液中至ph＝10，攪拌陳化反應4h，110℃下水熱反應12h，抽濾洗滌，500℃下焙燒4h即可得到催化劑粉末。
(2)將上述催化劑經傳統煉泥、陳腐、擠出、乾燥、燒成、切割、包裝後即可得到蜂窩狀co催化淨化材料。
採用n2吸附-脫附測試，所得催化劑的比表面為183.7m2/g。採用xrd對催化劑進行分析，其晶粒粒徑為26.8nm。進行co消除性能測試，具體反應條件如下：20-40ppmno，60-150ppmco，10-15％o2，10-15％h2o，30-100ppmso2，7％co2，100-1000ppm氟氯混合氣，ar為載氣，空速(ghsv)為90000-120000h-1。氣體檢測系統為配有氣體池的傅立葉變換紅外分析儀。
將以上實施例中的催化劑進行co消除性能測試：催化劑尺寸為1英寸*1英寸，反應氣體組成為(體積比)：40ppmno，100ppmco，10％o2，12％h2o，80ppmso2，7％co2，800ppm氟氯混合氣，ar為載氣，空速(ghsv)為90000h-1。氣體檢測系統為配有氣體池的傅立葉變換紅外分析儀。
從上述檢測結果可以看出，實施例1-4中催化劑在120～270℃溫度範圍內出口處co濃度分別為16ppm，7ppm，10ppm和15ppm，經檢測說明本發明的非貴金屬催化劑具有很好的淨化co效果。
將實施例1-4中的co淨化器加熱至1000℃，自然冷卻至室溫，並重複上述加熱-冷卻的過程53次(約相當於燃氣熱水器正常運行2200h)，之後對催化劑進行性能測試。經檢測發現實施例1-4中的催化劑在120～270℃溫度範圍內出口處的co濃度風別為19ppm，14ppm，18ppm和19ppm，說明本發明的非貴金屬催化劑具有很好的熱穩定性。
將實施例1-4中的co催化淨化器安裝後對風道壓力進行檢測，發現安裝後壓力增加均小於60pa，符合熱水器生產廠家對co催化淨化器的使用要求。
結合上述檢測結果可以看出，本發明的非貴金屬co淨化催化器具有成本低、耐高溫、水熱穩定性好、抗硫及氟氯中毒性能好、使用壽命長、可將co含量降低到20ppm以下及使用風壓小等特點，滿足熱水器生產廠家對co淨化催化器的使用要求。
本發明所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附權利要求所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效範圍內的全部變化和改型都應為隨附權利要求所涵蓋。