Спосіб виготовлення каталізатора для низькотемпературної очистки повітря від оксиду вуглецю

Реферат: Спосіб отримання каталізатора для очистки повітря від оксиду вуглецю включає в імпрегнуванні пористого носія водним розчином, що містить хлорид паладію (ІІ), нітрат купруму (ІІ), бромід калію, його сушінні при 110 °C і подальшому кондиціонуванні до 0,03 г Н2О на 1 г каталізатора. Як носій використовують природний клиноптилоліт, попередньо модифікований шляхом кип'ятіння впродовж 0,5 години у 3М HNO3. UA 104865 U (12) UA 104865 U UA 104865 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способу виготовлення сполук для здійснення різних хімічних процесів, зокрема каталізу, а саме способу виготовлення каталізатора, що містить паладій, купрум, галогенід-іон, для очистки повітря від токсичного газу - оксиду вуглецю (CO) і може знайти застосування в засобах індивідуального захисту органів дихання людини (респіратори, протигази та ін.), а також у системах, установках, приставках до кондиціонерів для забезпечення санітарних норм мікроклімату виробничих приміщень відповідно до Держстандарту 12.1.005-88 "Повітря робочої зони. Загальні санітарно-гігієнічні вимоги" за умови підвищеного вмісту оксиду вуглецю в повітрі. Спрощений та більш економічний спосіб призначено для виготовлення каталізатора очистки повітря від оксиду вуглецю зі збільшеним терміном роботи без погіршення показників його активності. Оксид вуглецю потрапляє в повітря головним чином у результаті горіння палива, що містить вуглець, від таких джерел як теплові станції та печі, що працюють на вугіллі та газі; побутові газові плити; двигуни внутрішнього згоряння і реактивні двигуни; а також під час проведення зварювальних робіт, виробництва коксу, синтезу спиртів, альдегідів, карбонових кислот та ін. Таким чином, кількість галузей і підприємств, де можливе потрапляння оксиду вуглецю в повітря виробничих приміщень, дуже велика, тобто потреба в розробці недорогих способів отримання нового покоління каталізаторів для очистки повітря в даний час дуже актуальна. Досягнутий рівень техніки в області каталізаторів для очистки повітря від оксиду вуглецю характеризується наступними винаходами. Відомий каталізатор для очистки повітря від оксиду вуглецю, який застосовують у захисних масках, за патентною заявкою 58-119338 Японія, МКІ В01 J 2/02; А62 D 9/00 із пріоритетом 08.01.82. Каталізатор отримують нанесенням на активоване вугілля платини або іншого металу платинової групи (рутеній, паладій) з високим вмістом благородного металу (до 10 мас. %). 3 Даний каталізатор дозволяє очищати повітря з початковою концентрацією CO 375 мг/м до 6-19 3 мг/м , тобто досягати ступеня очистки повітря від оксиду вуглецю 95,0-98,3 %, при часі контакту -1 0,69 с (об'ємна швидкість - 5200 год. ) і температурі 25 °C протягом більш ніж 500 годин. Недоліком відомого каталізатора є високий вміст металу платинової групи, що робить цей каталізатор надзвичайно дорогим. Крім того, виготовлення каталізатора являє собою досить складну і тривалу процедуру, що вимагає у випадку промислового його виробництва застосування нестандартного устаткування. Відомий каталізатор для очистки повітря від оксиду вуглецю за патентом RU 2267354 МПК В01 J 23/89 //31/30; В01 D 53/62 із пріоритетом 10.01.04, який отримують нанесенням на оксид алюмінію солі паладію (наприклад, хлориду або броміду), солі купруму (наприклад, хлориду, броміду або сульфату) і промотору - фталоціанінового комплексу заліза або кобальту, а також поліатомното спирту при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: сіль паладію - 0,802,54; сіль купруму - 3,09-11,79, фталоціаніновий комплекс заліза або кобальту (РсМ) - 0,10-1,00; поліатомний спирт (наприклад, гліцерин, етиленгліколь, діетилен гліколь) -0,50-3,00; оксид алюмінію - решта. Даний каталізатор дозволяє очищати повітря з початковою концентрацією 3 3 СО 300 мг/м до 6 мг/м , тобто досягати ступеня очистки повітря від оксиду вуглецю 98 % при -1 часі контакту 0,3 с (об'ємна швидкість 12000 год. ) і температурі 23 °C протягом більш ніж 55 годин. Недоліками каталізатора є дуже складний компонентний склад, високий вміст солі паладію, застосування як носія досить дорогого оксиду алюмінію, виробництво якого в Україні відсутнє. Крім того, виготовлення каталізатора являє собою досить складну і тривалу процедуру, що вимагає у випадку промислового його виробництва застосування нестандартного устаткування. Відомий каталізатор для низькотемпературної очистки повітря від оксиду вуглецю (прототип) за патентом України № 37281, опубл. 25.11.2008 р., Бюл. № 22, МПК В01 J 23/44, що виготовляється методом імпрегнування (холодного просочення) кислотно-модифікованого пористого носія - базальтового туфу, який перед імпрегнуванням кип'ятять протягом 6 годин в ЗМ HNO3, а потім відмивають до негативної реакції на нітрат-іони та сушать при 110 °C впродовж 3 годин, а кількісне співвідношення вищевказаних інгредієнтів в отриманому каталізаторі дорівнює, мас. %: хлоробромопаладатні комплекси калію 0,74-1,30 нітрат купруму (ІІ) 0,70-1,60 носій (базальтовий туф) решта. Недоліками відомого каталізатора є неоднорідність фазового складу базальтового туфу носія компонентів низькотемпературного каталізатора окиснення оксиду вуглецю - який в різних пропорціях містить фази цеолітів - клиноптилоліту та морденіту, шаруватого алюмосилікату 1 UA 104865 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 монтморилоніту, а також α- кварцу, гематиту та рутилу, і, особливо, довга тривалість попередньої обробки базальтового туфу. В основу корисної моделі поставлена задача здешевлення нового низькотемпературного каталізатора окиснення оксиду вуглецю, яке досягається завдяки технічному ефекту - значному скороченню в дванадцять раз (порівняно з каталізатором-прототипом) попередньої обробки носія 3М HNO3. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб отримання каталізатора для очистки повітря від оксиду вуглецю, який включає в імпрегнуванні пористого носія водним розчином, що містить хлорид паладію (ІІ), нітрат купруму (ІІ), бромід калію, його сушінні при 110 °C і подальшому кондиціонуванні до 0,03 г Н2О на 1 г каталізатора. Як носій використовують природний клиноптилоліт, попередньо модифікований шляхом кип'ятіння впродовж 0,5 години у 3М HNO3, а кількісне співвідношення імпрегнуючих інгредієнтів в мас. %: хлорид паладію (ІІ) 0,47-0,74 нітрат купруму (ІІ) 1,10-1,50 бромід калію 0,95-1,15 носій (клиноптилоліт) решта. Запропонований каталізатор для очистки повітря від оксиду вуглецю, отримують наступним чином. Природний клиноптилоліт (Закарпатська обл., Сокирницьке родовище), який відповідає вимогам технічних умов ТУ ТУ У 14.5-00292540.001-2001 та має наступний хімічний склад, мас. %: SiO2-71,5; Аl2О3-13,1; Fe2O3-0,9; попередньо кип'ятять впродовж 0,5 години у 3Μ ΗΝΟ3, а потім відмивають до негативної реакції на нітрат-іони та сушать при 110 °C до сталої маси, за допомогою сит відокремлюють фракцію 0,5-1,0 мм. Зразок носія цієї фракції масою 10 г просочують (імпрегнують) 4 мл водного розчину, що містить у заданих співвідношеннях хлорид паладію (ІІ), нітрат купруму (ІІ) і бромід калію. Оскільки активність таких каталізаторів істотно залежить від вмісту води, для оптимізації їх складу і відтворюваності результатів отриманий вологий зразок сушать в повітряному середовищі при температурі 110 °C до постійної маси, а потім витримують в ексикаторі над розчином сірчаної кислоти (30-35 %) протягом 1 години так, щоб зразок адсорбував 0,03 г Н2О на 1 г каталізатора. Випробування запропонованого каталізатора здійснювалися в лабораторії кафедри неорганічної хімії і хімічної екології Одеського національного університету імені І.І. Мечникова з досить високою відтворюваністю результатів у такий спосіб. Під час проходження 3 газоповітряної суміші (ГПС), що містить задану концентрацію оксиду вуглецю (300 мг/м ), через скляний трубчастий реактор з полицею, де розміщувався зразок каталізатора, відбувалося контактування оксиду вуглецю з поверхнею каталізатора в присутності кисню повітря. У результаті впливу каталізатора, яке призводило до ослаблення хімічних зв'язків у молекулах субстратів і зниження енергії активації при їхньому розриві, відбувалися багатоелектронні окисно-відновні реакції в координаційній сфері металокомплексів, що входять до складу каталізатора, при цьому оксид вуглецю окиснювався до діоксиду вуглецю. У процесі роботи каталізатора відбувалося "холодне згоряння" оксиду вуглецю на ньому, у результаті чого ГПС очищувалась від цього токсичного газу до значень нижче ГПК. Концентрацію оксиду вуглецю в ГПС аналізували на вході і виході реактора з періодичністю 10 хвилин за допомогою приладу марки 621ЭХ04 (Аналітприлад, Україна). Зразок отриманого каталізатора розміщували в проточному за газом реакторі вертикального -1 типу і випробували при кімнатній температурі і об'ємній швидкості ГПС 19050 год. (час контакту - 0,59 с). Проведено понад 100 експериментів з різними концентраціями кожного з інгредієнтів каталізатора. Вони продемонстрували, що різниця в активності зразків каталізатора не перевищувала 5 %. Експериментальні результати дослідження властивостей каталізатора, виготовленого за способом, що пропонується, підтвердили той факт, що рішення поставленої технічної задачі успішно досягається в тих випадках, коли вміст інгредієнтів каталізатора знаходиться в межах, зазначених у формулі корисної моделі. У таблиці наведені характеристики роботи зразка каталізатора, оптимального складу, виготовленого запропонованим способом, і каталізатора-прототипу. 2 UA 104865 U Таблиця Каталізатори Одержаний запропонованим способом Прототип 5 10 Початкова концентрація СО у 3 повітрі (мг/м ) Кінцева концентрація СО Ресурс стабільної 3 у повітрі (мг/м ) після роботи каталізаторів, очистки год. 300 10 240 300 10 180 З результатів, наведених в таблиці, видно, що кінцева концентрація оксиду вуглецю на виході з шару каталізатора, виготовленого за запропонованим способом, така ж сама, як для прототипу, але ресурс його стабільної роботи збільшено до 240 годин. Розрахунок показав, що використання природного клиноптилоліту та спрощення технології його попереднього модифікування (скорочення в дванадцять раз, порівняно з каталізаторомпрототипом, часу кип'ятіння у 3М HNO3) дозволяє зменшити витрати часу та електроенергії на виготовлення каталізатора, тобто знизити його сумарну вартість. При цьому вдається збільшити ресурс стабільної роботи каталізатора, отриманого запропонованим способом, у порівняно з прототипом. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб отримання каталізатора для очистки повітря від оксиду вуглецю, який включає в імпрегнуванні пористого носія водним розчином, що містить хлорид паладію (ІІ), нітрат купруму (ІІ), бромід калію, його сушінні при 110 °C і подальшому кондиціонуванні до 0,03 г Н2О на 1 г каталізатора, який відрізняється тим, що як носій використовують природний клиноптилоліт, попередньо модифікований шляхом кип'ятіння впродовж 0,5 години у 3М HNO3, а кількісне співвідношення імпрегнуючих інгредієнтів, в мас. %: хлорид паладію (ІІ) 0,47-0,74 нітрат купруму (ІІ) 1,10-1,50 бромід калію 0,95-1,15 носій (клиноптилоліт) решта. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3