用於氧化氨氣的觸媒及去除氣體中氨氣的方法

2023-05-25 11:46:01

用於氧化氨氣的觸媒及去除氣體中氨氣的方法
【專利摘要】本發明提供一種用於氧化氨氣的觸媒以及去除氣體中氨氣的方法。該用於氧化氨氣的觸媒包括：一氧化物載體，其中該氧化物載體包括二氧化鈰(CeO2)、二氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、或其結合；以及擔載在該載體上的一第一金屬及一第二金屬，其中該第一金屬為銅，而該第二金屬為銀、鉑、或鈀。
【專利說明】用於氧化氨氣的觸媒及去除氣體中氨氣的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種觸媒以及利用該觸媒的方法，特別涉及一種用於氧化氨氣的觸媒 以及利用該觸媒去除氣體中氨氣的方法。

【背景技術】
[0002] 高科技業使用大量的氨（NH3)作為工藝（例如LED產業的MOV⑶）原料，而未利用 完全的氨則由後端泵浦抽除進入廢氣處理系統。以往廠商以水洗的方式來進行氨氣處理， 但此方法會產生含氨的水溶液，具有生物毒性，亦即產生二次汙染。隨著環保法規趨於嚴 格，業者需將含氨水溶液處理至極低濃度（氨氮的濃度需小於20mg/L)才能排放。然而，為 降低廢水中的氨氮濃度，業者需要提供額外的場地並付出更高的處理成本，且氨氣廢水的 處理效率亦有限。
[0003] 為解決上述問題，業界提出以觸媒直接對廢氣中的氨進行高溫氧化，以將氨轉變 成氮（N 2)及水（H20)，其具有可大量處理及無二次汙染等優點。然而，目前業界所使用來氧 化分解去除廢氣中的氨的觸媒，仍需克服在低溫下處理所得的氮選擇率較低的缺點。基於 上述，業界需要一種新穎的觸媒來進行氨的氧化分解，以克服現有技術的問題。


【發明內容】

[0004] 本發明一方面提出一種用於氧化氨氣的觸媒，包括：一氧化物載體，其中該氧化物 載體包括二氧化鈰（Ce0 2)、二氧化矽（Si02)、氧化鋁（A1203)或其結合；以及擔載在該載體 上的一第一金屬及一第二金屬，其中該第一金屬為銅，而該第二金屬為銀、鉬、或鈕。
[0005] 根據本發明另一方面，本發明還提供一種去除氣體中氨氣的方法，包括：將上述用 於氧化氨氣的觸媒在一操作溫度下置於一氣氛中，使該氣氛中的氨氣轉化成氮氣及水，其 中該操作溫度等於或大於280°C，且該去除氣體中氨氣的方法對氨的去除率達93%以上， 且氮氣選擇率大於90%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1顯示了根據本發明一實施例的用於氧化氨氣的觸媒的示意圖；
[0007] 圖2顯示了根據本發明一實施例的去除氣體中氨氣的系統的示意圖；
[0008] 圖3顯示了本發明實施例的觸媒在不同操作溫度下的氨氣去除率及氮氣選擇率。 [0009]【符號說明】
[0010] 10 用於氧化氨氣的觸媒；
[0011] 20 氧化物載體；
[0012] 21 第一金屬；
[0013] 22 第二金屬；
[0014] 100 去除氣體中氨氣的系統；
[0015] 110 反應腔；
[0016] 111 氣體入口端；
[0017] 112 氣體出口端；
[0018] 120 傅立葉紅外線光譜（FT-IR)裝置。

【具體實施方式】
[0019] 下述內容將詳述本發明實施例的製作與使用。可以理解的是，這些實施例所提供 的多種可行方案，以實施於多種特定實施方式。然而這些特定實施例僅用於說明而非限制 本發明。
[0020] 本發明提供一種可在低溫（低於或等於350°C )環境下，將氨氣（NH3)氧化分解為 無害的氮氣（N2)及水（H20)的觸媒，以及以該觸媒處理氨氣的方法。該觸媒對氨的去除率 可達93 %以上，且氮氣選擇率可大於90 %，改善現有技術在低溫下（反應腔溫度小於或等 於350°C )去除效率差或產生大為1或2)的缺點。在此，該"氮氣選擇率"一 詞是指將氨氣（NH3)以觸媒氧化分解後所得的氮氣其N原子佔所有含氮產物（例如包含氮 氣（N 2)、氧化亞氮（N20)、一氧化氮（N0)、二氧化氮（N02)等）的N原子百分比。
[0021] 本發明所述的用於氧化氨氣的觸媒，包括：一氧化物載體，其中該氧化物載體包括 二氧化鈰（Ce0 2)、二氧化矽（Si02)、氧化鋁或其結合；以及擔載在該載體上的一第一金屬及 一第二金屬，其中該第一金屬為銅，而該第二金屬為銀、鉬、或鈕。根據本發明一實施例，該 第一金屬與該第二金屬的重量比可介於1 : 10至10 : 1之間，該第一金屬與該第二金屬 的總重與該氧化物載體的重量比可介於1 : 20至1 : 5之間。
[0022] 請參照圖1，根據本發明另一實施例，該用於氧化氨氣的觸媒10包括的該氧化物 載體20可為高比表面積的氧化物或混和氧化物（例如二氧化鈰（Ce0 2)、或二氧化鈰與氧化 錯（Ce02-Al203)的混合氧化物），並在其表面擔載"第一金屬21-第二金屬22"雙金屬（第 一金屬21例如為銅、第二金屬22例如為銀）作為觸媒組成。其中，二氧化鈰（Ce0 2)或二氧 化鈰與氧化鋁（Ce02-Al203)的混合氧化物除了具有結構促進劑功能外，二氧化鈰（Ce0 2)進 一步具有化學促進劑的功能，可大幅提升銅-銀（Cu-Ag)在低溫時的活性與氮氣選擇率。
[0023] 上述的氧化氨氣的觸媒的製備方式，根據本發明另一實施例，可包括以下步驟：
[0024] 首先利用Ce (Ν03) 3 · 6H20及Α1 (Ν03) · 9H20作為前驅物，並以Ca (HC03) 2作為沉澱 齊U，利用共沉澱法來合成出氧化氨氣的觸媒。接著，利用含浸法或沉積沉澱法將銅（Cu)以 及銀（Ag)擔載於二氧化鈰與氧化鋁（Ce0 2-Al203)的混合氧化物的表面上。
[0025] 本發明所述的去除氣體中氨氣的方法，包括將上述的用於氧化氨氣的觸媒於一操 作溫度下置於一氣氛中，使該氣氛中的氨氣轉化成氮氣及水，其中該操作溫度等於或大於 280°C (例如可為280-500°C、280-45(TC、或280-3KTC )，且該去除氣體中氨氣的方法對氨 的去除率可達93%以上，且氮氣選擇率也大於90%。
[0026] 此外，根據本發明其它實施例，請參照圖2,本發明還提供一種去除氣體中氨氣的 系統100,包括：一反應腔110,該反應腔110具有一氣體入口端111及一氣體出口端112 ; 上述的用於氧化氨氣的觸媒10被置於該反應腔中。此外，為實時測量經處理後的氣體其 氨氣濃度是否達到排放標準，該去除氣體中氨氣的系統100還可包含一傅立葉紅外線光譜 (FT-IR)裝置120,與該反應腔110的氣體出口端112相連。
[0027] 為了讓本發明的上述和其它目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數個實施 例及比較實施例來說明本發明所述的用於氧化氨氣的觸媒、去除氣體中氨氣的方法、以及 去除氣體中氨氣的系統。
[0028] 用於氧化氨氣觸媒的製備
[0029] 實施例1
[0030] 首先，以共沉澱法合成出二氧化鈰與氧化鋁（Ce02-Al20 3)的混合氧化物（Ce : A1 的重量比為1 : 1)，其中該二氧化鈰與氧化鋁（Ce02-Al203)的混合氧化物的比表面積為 102m 2/g。接著，將銅（Cu)、及銀（Ag)先後以含浸法擔載於該二氧化鈰與氧化鋁（Ce02-Al 203) 的混合氧化物（之後稱為鈰-鋁氧化物）上，其中銅（Cu):銀（Ag):鈰-鋁氧化物 (Ce0 2-Al203)的重量比為10 : 5 : 85。接著，將含浸後的材料在110°C下烘乾5小時，再以 500°C煅燒8小時，得到觸媒（1)。
[0031] 比較實施例1
[0032] 首先，取市售商品Y-Al203 (Merck公司，比表面積為120_190m2/g)作為氧化物載 體。接者，以含浸法將銅擔載於￥^1 203之上，其中銅（(：11):￥41203的重量比為10:90。 接著，將含浸後的材料在ll〇°C下烘乾5小時，再以500°C煅燒8小時，得到觸媒（2)。
[0033] 比較實施例2
[0034] 首先，取市售商品Y-Al203 (Merck公司，比表面積為120_190m2/g)作為氧化物載 體。接者，以含浸法將鉬擔載於￥^1 203之上，其中鉬（?〇:￥^1203的重量比為10:90。 接著，將含浸後的材料在ll〇°C下烘乾5小時，再以500°C煅燒8小時，得到觸媒（3)。
[0035] 實施例2
[0036] 重複實施例1的方法，但銅（Cu):銀（Ag):鈰-鋁氧化物（Ce02-Al 203)的重量 比為5 : 7.5 : 87. 5,得到觸媒（4)。
[0037] 實施例3
[0038] 重複實施例2的方法，但鈰-鋁氧化物（Ce02-Al20 3)的Ce : A1的重量比為1 : 4， 得到觸媒（5)。
[0039] 實施例4
[0040] 以實施例3的方法製得鈰-鋁氧化物（Ce02-Al20 3) (Ce : A1的重量比為1 : 4)， 將銅（Cu)、及鉬（Pt)先後以含浸法擔載於該Ce-Al氧化物上，其中銅（Cu):鉬（Pt): 鈰-鋁氧化物（Ce0 2-Al203)的重量比為10 : 2 : 88。得到觸媒（6)。
[0041] 實施例5
[0042] 重複實施例3的方法，但銅（Cu):銀（Ag):鈰-鋁氧化物（Ce02-Al 203)的重量 比為2.5 : 10 : 87. 5,得到觸媒（7)。
[0043] 氨氣移除能力與氮氣選擇率測量
[0044] 實施例6
[0045] 將上述觸媒（1)-(7)分別裝填於石英反應管中（管徑為4mm)，接著通入含有氨氣 的氣氛（NH 3 = 1 %、02 = 8%、N2 = 91% )(氣時空速（GHSV、gas hourly space velocity) 為200001Γ1)於石英反應管內，操作溫度為310°C。反應管出口端則以傅立葉紅外線光譜 (FT-IR)裝置同時監測ΝΗ 3、Ν20、Ν0、Ν02的濃度，以換算氨氣去除率及氮氣選擇率。
[0046] 氮氣選擇率的計算方式為：
[0047] [1_ (2 X Cout_N20+Cout_NC1+C out_NC12) / (CIn_麗3-C0Ut_麗3) ] X 100 。
[0048] 其中，CQUt4代表FTIR在反應管出口端測得的I物質（例如N20、NO、N0 2及NH3)的 濃度，CIn_ra3為進流反應管的NH 3濃度。
[0049] 測試結果如表1所示：
[0050] 表 1 :
[0051]

【權利要求】
1. 一種用於氧化氨氣的觸媒，包括： 一氧化物載體，其中該氧化物載體包括二氧化鈰（Ce02)、二氧化矽（Si02)、氧化鋁 (A1203)或其結合；以及 擔載在該載體上的一第一金屬及一第二金屬，其中該第一金屬為銅，而該第二金屬為 銀、鉬、或鈕。
2. 如權利要求1所述的用於氧化氨氣的觸媒，其中該第一金屬與該第二金屬的重量比 為 1 : 10 至 10 : 1。
3. 如權利要求1所述的用於氧化氨氣的觸媒，其中該第一金屬及該第二金屬的總重與 該氧化物載體的重量比為1 : 20至1 : 5。
4. 如權利要求1所述的用於氧化氨氣的觸媒，其中該氧化物載體為二氧化鈰、或二氧 化鈰與氧化鋁的混合物。
5. 如權利要求4所述的用於氧化氨氣的觸媒，其中該二氧化鈰與氧化鋁的混合物，鈰 與鋁的重量比為1 : 10至1 : 1。
6. 如權利要求1所述的用於氧化氨氣的觸媒，其中該第二金屬為銀。
7. -種去除氣體中氨氣的方法，包括： 將權利要求1所述的該用於氧化氨氣的觸媒在一操作溫度下置於一氣氛中，使該氣氛 中的氨氣轉化成氮氣及水。
8. 如權利要求7所述的去除氣體中氨氣的方法，其中該操作溫度等於或大於280°C。
9. 如權利要求7所述的去除氣體中氨氣的方法，其中該去除氣體中氨氣的方法對氨的 去除率大於93 %，且氮氣選擇率大於90 %。
【文檔編號】B01D53/86GK104096574SQ201310276921
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年7月3日 優先權日:2013年4月12日
【發明者】許榮男, 顏紹儀 申請人:財團法人工業技術研究院