低溫吸收和催化分解去除氨的製作方法

2023-07-27 05:53:16 2

專利名稱：低溫吸收和催化分解去除氨的製作方法
技術領域：
本發明為一種低溫吸收和催化分解去除氨的及其製備方法，涉及催化和環境科學領域。其特徵在於納米氧化鋅為載體，以銅-鐵複合氧化物為活性組分。本發明催化劑的特點是不需要額外光、熱、電等能源的輸入，在低溫、常溼和大風量的條件下將氨吸附並分解成氮氣。本發明還涉及上述催化劑的製備方法。本發明還涉及上述催化劑在低溫去除氨的應用。
背景技術：
氨是一種無色而具有強烈刺激性臭味的氣體，氨是一種鹼性物質，它對接觸的皮膚組織都有腐蝕和刺激作用。氨的這些性質主要來源於氨的結構，氨是由一個氮原子和三個氫原子組成，分子量約為17，比空氣的平均分子量09)小很多，所以比空氣輕；氮原子採用Sp3雜化與三個氫原子組成三個σ鍵，一個Sp3雜化擁有一對孤電子對，故氨具有鹼性和親核性能，進攻酸性或具有電正性的有機物或者無機物。氨被吸入肺後容易通過肺泡進入血液，與血紅蛋白結合，破壞運氧功能。短期內吸入大量氨氣後可出現流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、痰帶血絲、胸悶、呼吸困難，可伴有頭暈、頭痛、噁心、嘔吐、乏力等，嚴重者可發生肺水腫、成人呼吸窘迫症候群，同時可能發生呼吸道刺激症狀。所以鹼性物質對組織的損害比酸性物質深而且嚴重。室內空氣中低濃度氨汙染對人體健康的危害。氨對動物或人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，減弱人體對疾病的抵抗力。濃度過高時除腐蝕作用外，還可通過三叉神經末梢的反射作用而引起心臟停搏和呼吸停止。氨通常以氣體形式吸入人體，進入肺泡內的氨，少部分為二氧化碳所中和，餘下被吸收至血液，少量的氨可隨汗液、尿或呼吸排出體外。人們可感覺最低濃度約為5ppm，在接觸低濃度的氨的室內環境中工作的工人們，尿中尿素和氨含量均增加，血液中尿素則明顯增加。室內空氣中氨的來源主要來自建築施工中使用的混凝土外加劑，特別是在冬季施工過程中，在混凝土牆體中加入尿素和氨水為主要原料的混凝土防凍劑，這些含有大量氨類物質的外加劑在牆體中隨著溫溼度等環境因素的變化而還原成氨氣從牆體中緩慢釋放出來，造成室內空氣中氨的濃度大量增加。另外，室內空氣中的氨也可來自室內裝飾材料中的添加劑和增白劑。同時氨的製備、運輸和使用的場所以及人和動物的糞便等都可以產生氨氣，由於催化選擇性還原氮氧化物的廣泛使用，導致氨在運輸、儲存和反應不完全導致氨的逃逸進入大氣，通過排風系統進入室內。因此必須採用有效手段對氨進行去除，以保證有關人們的身體健康。吸附法和光催化法是目前常用的降解封閉體系空氣中氨汙染物的方法。然而， 對於吸附法，當氨的吸附和脫附達到平衡時，吸附劑就會失效或者需要再生，如中國專利 CN101422722A採用單質碘和二價銅為吸附劑，對氨等有毒物質吸附得到了較高的吸附量。 光催化對氨的降解效率較低也限制了其廣泛的應用。催化氧化法降解空氣中的氨是一種長效的方法。中國專利CN101474419A用稀土氧化物、氧化鋅和氧化(亞)銅做催化劑對氨的吸附或催化降解，得到了很好的效果，24小時光的去除率為90%。可見用吸附和催化聯繫技術將有很大的發展前景，先將氨分子吸附在催化的表面，然後將其催化分解掉。本發明的目的是提供一種在低溫和高溼度的條件下吸附和高效分解氨的催化劑， 可穩定地將氨分解成氮氣。

發明內容
本發明的目的在於提供在低溫、高溼度條件下能將氨分解成氮氣的負載的催化劑。本發明的另一個目的是提供上述催化劑的製備方法。本發明的目的是通過以下技術方案來實現本發明提供的催化材料，採用氧化還原-回流法1.銅-鐵複合氧化物粉末的製備氧化還原-回流法主要步驟按照一定的摩爾比，將二價銅鹽、強氧化劑、硝酸鐵鹽在酸性溶液中混合，生成的黑色沉澱物在90 100°C的水溶液中劇烈攪拌回流12 4 後，過濾、洗滌，在100 150°C乾燥10 Mh，然後在200 700°C焙燒得到銅-鐵複合氧化物催化材料。2.銅-鐵複合氧化物負載的催化材料的製備。稱取一定量銅-鐵複合氧化物，加入一定比例的去離子水和權利要求9中的無機粘合劑，高速攪拌1 Mh，得到一定濃度銅-鐵複合氧化物漿液。將預先處理好的蜂窩陶瓷或多孔金屬泡沫浸漬在上述銅-鐵複合氧化物漿液中，浸漬0. 5 5min後取出，吹盡孔道中的殘液，在空氣中陰乾後80 150°C乾燥8 Mh，在200 800°C空氣下焙燒1 Mh， 得到氧化鋅負載的催化材料。本發明技術效果本發明的技術效果是一種低溫可以徹底去除空氣中的氨集成技術，特徵在低溫常溼條件下將空氣中濃度為1 lOOOmg/m3的氨全部去除，適用於空氣中氨的消除。本發明的優點氧化鋅負載的催化材料在不需要額外能源的條件下將氨催化分解成氮氣，其特徵抗溼性能高、穩定性好、處理效率高、處理量大、處理完全、成本低、沒有二次汙染以及不存在吸附飽和等問題；銅-鐵複合氧化物催化劑採用直道孔式的蜂窩陶瓷或的催化材料。在使用時壓力降很小，可以處理大風量中的氨。
具體實施例方式實施例一銅-鐵複合氧化物粉末的合成是通過可溶性的銅鹽和過硫酸鉀(K2S2O8)在硝酸溶液中和硫酸銅混合，同時加入硝酸鐵(Fe(NO3)2)，使！^/Cu摩爾比為0 0. 20，生成的黑色沉澱物在100°C劇烈攪拌回流24h後，過濾、洗滌，在110°C乾燥12h，然後在500°C焙燒Mi 得到鐵的銅-鐵複合氧化物粉末，分別記為i^e-Cu-Ofe-Cu-S，Fe-Cu-IO和i^-Cu_20，其中 Fe-Cu表示銅-鐵複合氧化物，數字表示i^/CUt。tal的摩爾比百分比。
XRD分析和HRTEM分析表明該材料為銅-鐵複合氧化物。催化材料的性能測試在連續流動的固定床反應器上進行。粉末催化材料經過壓片，粉碎製成0. 25 0. 50mm的顆粒樣，然後將0. 5g顆粒樣裝於一個玻璃管中，在低溫 (18 25°C )和相對溼度為80%的條件下，通入含lOOmg/m3氨的空氣，風速為2. 5m/s。反應器出口氨用氨分析儀檢測。結果見表1。實施例二銅-鐵複合氧化物粉末的合成同實施例一，即通過銅鹽和過硫酸鉀(K2S2O8)在硝酸溶液中和硫酸銅混合，同時加入硝酸鐵(Fe(NO3)2)，使！^/Mn摩爾比為0 0. 20， 生成的黑色沉澱物在100°C劇烈攪拌回流24h後，過濾、洗滌，在110°C乾燥12h，然後在 200-800°C焙燒Mi得到鐵的銅-鐵複合氧化物粉末，分別記為Fe-Cu-0，Fe-Cu-5，Fe-Cu-IO 和i^e-Cu-20，其中Fe-Cu表示鐵銅-鐵複合氧化物，數字表示!^/Cuttrtal的摩爾比百分比。XRD分析和HRTEM分析表明該材料為銅-鐵複合氧化物。催化材料的性能測試在連續流動的固定床反應器上進行。粉末催化材料經過壓片，粉碎製成0. 25 0. 50mm的顆粒樣，然後將0. 5g顆粒樣裝於一個玻璃管中，在低溫 (18 25°C )和相對溼度為80%的條件下，通入含lOOmg/m3氨的空氣，風速為2. 5m/s。反應器出口氨用氨分析儀檢測。結果見表2。實施例三1)銅-鐵複合氧化物粉末的合成銅-鐵複合氧化物粉末的合成和實例一相同，即鐵銅-鐵複合氧化物粉末的合成是通過銅鹽和過硫酸鉀(K2S2O8)在硝酸溶液中和硫酸銅混合，同時加入硝酸鐵(Fe(NO3)2), 使i^e/Cu摩爾比為0 0. 20，生成的黑色沉澱物在100°C劇烈攪拌回流24h後，過濾、洗滌， 在110°C乾燥12h，然後在500°C焙燒Mi得到鐵的銅-鐵複合氧化物粉末。2)銅-鐵複合氧化物蜂窩陶瓷負載的催化材料的製備。稱取一定量銅-鐵複合氧化物，加入一定比例的去離子水和權利要求9中的無機粘合劑，高速攪拌1 Mh，得到一定濃度銅-鐵複合氧化物漿液。將預先處理好的蜂窩陶瓷或多孔金屬泡沫樣品浸漬在上述銅-鐵複合氧化物漿液中，浸漬0. 5 5min後取出，吹盡孔道中的殘液，在空氣中陰乾後110°C乾燥Mh，在500°C空氣下焙燒他，得到氧化鋅負載的催化材料。催化劑的性能測試同實施例一。結果見表3。實施例四1)銅-鐵複合氧化物粉末的合成銅-鐵複合氧化物粉末的合成和實例一相同，即銅-鐵複合氧化物粉末的合成是通過銅鹽和過硫酸鉀(K2S2O8)在硝酸溶液中和硫酸銅混合，同時加入硝酸鐵(Fe(NO3)2),使 ^/Μη摩爾比為0 0. 20，生成的黑色沉澱物在100°C劇烈攪拌回流24h後，過濾、洗滌，在 110°C乾燥12h，然後在500°C焙燒Mi得到銅-鐵複合氧化物粉末。2)銅-鐵複合氧化物的催化材料的製備。稱取一定量銅-鐵複合氧化物，加入一定比例的去離子水和權利要求9中的無機粘合劑，高速攪拌1 Mh，得到一定濃度銅-鐵複合氧化物漿液。將預先處理好的開放式多孔泡沫金屬樣品浸漬在上述銅-鐵複合氧化物漿液中，浸漬0. 5 5min後取出，吹盡孔道中的殘液，在空氣中陰乾後110°c乾燥Mh，在500°C空氣下焙燒《1，得到銅-鐵複合氧化 物的催化材料。催化材料的性能測試同實施例一。結果見表3。實施例五鐵銅-鐵複合氧化物的催化劑的製備和實例一相同。催化材料的性能測試同實施例一，氨的濃度在10 300mg/m3範圍內。結果見表4。實施例六鐵銅-鐵複合氧化物的催化劑的製備和實例五相同。催化劑穩定性實驗的性能測試同實施例一，測試時間30天，入口的氨濃度是 10mg/m3，氨的出 ロ濃度從 4. Ou g/m3 升為 5. O y g/m3。
表1銅-鐵複合氧化物粉末催化材料分解氨的測試結果。(進ロ的氨濃度為IOOmg/m3)
權利要求
1.本發明為一種鐵-銅複合氧化物的整體型催化材料，其特徵是採用氧化鋅載體，以鐵-銅複合氧化物為活性組分。
2.權利要求1中鐵-銅複合氧化物，其特徵在於i^e/Cu的摩爾比在0 0.20之間。
3.權利要求2中鐵-銅複合氧化物催化材料的製備方法，其特徵在於採用氧化還原-回流法。氧化還原-回流法主要步驟是按照一定的摩爾比，將二價銅鹽、強氧化劑和硝酸鐵在酸性溶液中混合，生成的黑色沉澱物在90 100°C的水溶液中劇烈攪拌回流12 4 後， 過濾、洗滌，在100 150°C乾燥10 Mh，然後在200 700°C焙燒得到鐵-銅複合氧化物催化材料。
4.權利要求2中鐵-銅複合氧化物催化材料中銅以和Cu2+存在。
5.權利要求2中鐵-銅複合氧化物催化材料中鐵主要以!^3+存在於鐵-銅複合氧化物的骨架中。
6.權利要求3中的二價銅鹽為乙酸銅(Cu(CH3COO) 2)、二氯化銅(CuCl2)、硝酸銅 (Cu(NO3)2)或硫酸銅(CuSO4)中的一種或多種，其溶液中銅濃度為0. 1 5. 0mol/lo
7.權利要求3中所述的強氧化劑為過硫酸氨((NH4)2S2O8)、過硫酸鉀(K2S2O8)、過硫酸鈉(Naj2O8)、臭氧(O3)、氯酸鈉(NaClO3)、過氧化氫(H2O2)溶液中的一種或多種，其溶液中強氧化劑濃度為0. 1 2.5mol/l。強氧化劑與溶液中總金屬離子的摩爾比為1 1 6 1 之間。
8.權利要求1中所述的鐵-銅複合氧化物整體型催化材料，其特徵在於其製備方法如下(1)稱取一定量的鐵-銅複合氧化物催化材料，加入一定比例的去離子水和粘合劑，高速攪拌1 Mh，得到一定濃度的鐵-銅複合氧化物漿液。(2)將預先處理好的蜂窩陶瓷載體浸漬在配製好的鐵-銅複合氧化物漿液中，浸漬 0. 5 60min後取出，吹盡孔道中的殘液，在空氣中陰乾後80 130°C乾燥2 Mh，在 200 800°C空氣下焙燒1 24h。
9.權利要求8中所述的粘合劑為矽酸鹽、氧化鋁或碳酸鋯銨等無機粘合劑，粘合劑與鐵-銅複合氧化物的重量比在1 50%之間。
10.權利要求1中所述的鐵-銅複合氧化物整體型催化劑適用於低溫吸附和分解氨。
全文摘要
本發明為一種低溫催化去除氨的鐵銅複合氧化物催化劑及其製備方法，涉及催化和環境保護領域。其特徵在於採用氧化鋅作載體，以含鐵銅複合氧化物為活性組分。本發明整體型催化劑的特點不需要額外光、熱和電等能源的輸入，在常溫、常溼和大風量的條件下將氨穩定地還原成氮氣。
文檔編號B01D53/86GK102284294SQ20101020296
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月18日 優先權日2010年6月18日
發明者不公告發明人 申請人:上海牛翼新能源科技有限公司