Спосіб отримання каталізатора для очистки повітря від оксиду вуглецю

Реферат: Спосіб отримання каталізатора для очистки повітря від оксиду вуглецю полягає в хімічному модифікуванні носія шляхом кип'ятіння в азотній кислоті протягом однієї години та імпрегнуванні водно-спиртовим розчином, що містить у заданих співвідношеннях хлорид паладію(II), нітрат купруму(II) та бромід калію. Як носій використовується природний бентоніт, час його попереднього модифікування - одна година. UA 111208 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ КАТАЛІЗАТОРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВІТРЯ ВІД ОКСИДУ ВУГЛЕЦЮ UA 111208 U UA 111208 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель має відношення до способу виготовлення каталізаторів очистки повітря від токсичного газу - оксиду вуглецю (CO) і може бути використана для виготовлення протигазових фільтрів до засобів захисту органів дихання робітників хімічної, металургійної промисловості, енергетичного та аграрного секторів економіки. Кількість галузей і підприємств, де можливе потрапляння шкідливого для здоров'я людини оксиду вуглецю в повітря виробничих приміщень, є великою, тобто потреба в розробці 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 прикладами. Відомий каталізатор для очистки повітря від оксиду вуглецю, який застосовують у захисних масках, за патентною заявкою 58-119338 Японія, МКІВ01 J 2/02; А62 D 9/00 із пріоритетом 08.01.82. Каталізатор отримують нанесенням платини або іншого металу платинової групи (рутеній, паладій) з високим вмістом благородного металу (до 10 мас. %) на активоване вугілля. 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 дуже високий вміст металу платинової групи, що робить цей каталізатор надзвичайно дорогим. Крім того, виготовлення каталізатору 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 МПК В01 J 23/44, опубл. 25.11.2008 р., Бюл. № 22, що виготовляється методом імпрегнування (холодного просочення) просочувальним розчином прекурсорів паладію(II) та купруму(II) кислотно-модифікованого пористого носія - базальтового туфу. Кислотне модифікування передбачає кип'ятіння природного базальтового туфу протягом 6 годин в азотній кислоті, а потім його відмивання до негативної реакції на нітрат-іони та сушку при 110 °C впродовж 3 годин. Кількісне співвідношення інгредієнтів в отриманому каталізаторі дорівнює, мас. %: хлоробромопаладатні 0,74-1,30 комплекси калію нітрат купруму(II) 0,70-1,60 носій (базальтовий туф) решта. Недоліками відомого каталізатора є неоднорідність фазового складу базальтового туфу носія компонентів каталізатора низькотемпературного окиснення оксиду вуглецю - який в різних пропорціях містить фази цеолітів - клиноптилоліту та морденіту, шаруватого алюмосилікату монтморилоніту, а також α-кварцу, гематиту та рутилу, і, особливо, довга тривалість попередньої обробки базальтового туфу. Задачею, на рішення якої спрямована запропонована корисна модель, є: отримання нового, більш дешевого каталізатора низькотемпературного окиснення оксиду вуглецю та досягнення технологічному ефекту - значного скорочення порівняно з каталізатором-прототипом операції попереднього кип'ятіння цього сорбенту в азотній кислоті. Поставлена задача вирішується способом отримання каталізатора для очистки повітря від оксиду вуглецю, який полягає в хімічному модифікуванні носія шляхом кип'ятіння в азотній кислоті протягом однієї години та імпрегнуванні водно-спиртовим розчином, що містить у заданих співвідношеннях хлорид паладію(II), нітрат купруму(II) та бромід калію, і відрізняється тим, що як носій використовується природний бентоніт, час його попереднього модифікування скорочений до однієї години, а кількісне співвідношення компонентів каталізатора дорівнює, мас. %: хлорид паладію(II) 0,47-0,74 нітрат купруму(ІІ) 0,68-1,10 бромід калію 0,79-0,95 носій (кислотно-модифікований бентоніт) решта. Запропонований спосіб отримання каталізатора для очистки повітря від оксиду вуглецю здійснюють наступним чином. Для модифікування носія беруть природний бентоніт Дашуковського родовища (П-Бент(Д)), який відповідає технічним умовам ТУ У 14.2-00223941-006:2010 та має наступний хімічний склад, мас. %: SiO2-49,6; Аl2О3-13,5; Fe2O3-7, подрібнюють до отримання фракції 0,5-1,0 мм, заливають 6 М азотною кислотою і кип'ятять впродовж однієї години (Н-Бент(Д)-1), а потім промивають на ситі дистильованою водою до рН  5,0 і розташовують в термошафі, де 1 UA 111208 U 5 10 15 20 25 витримують протягом 3-х годин при температурі 110 °C. Отриманий носій імпрегнують водноспиртовим розчином, що містить у заданих співвідношеннях K2PdCl4, Cu(NO3)2 та КВr. 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 газоповітряної суміші (ГПС), що містить задану концентрацію оксиду вуглецю, через скляний трубчастий реактор з полицею для каталізатора, відбувається контактування оксиду вуглецю з поверхнею каталізатора в присутності кисню повітря. У результаті впливу каталізатора, що призводить до ослаблення хімічних зв'язків у молекулах субстратів і зниження енергії активації при їх розриві, відбуваються багатоелектронні окиснювально-відновні реакції в координаційній сфері металокомплексу, при цьому оксид вуглецю окиснюється до діоксиду вуглецю. У процесі роботи каталізатора відбувається "холодне згоряння" оксиду вуглецю на каталізаторі, у результаті чого ГПС очищується від токсичного чадного газу - оксиду вуглецю, до значень менше ГДК. Концентрацію оксиду вуглецю в ГПС аналізували на вході і виході реактора з періодичністю 10 хвилин за допомогою приладу марки 621ЭХО4 (Аналітприлад, Україна). Методика експериментальних досліджень властивостей каталізатора полягає в наступному: 10 г кислотно-модифікованого бентоніту (Н-Бент-1) (фракція 0,5-1,0 мм) імпрегнували 5 мл водного-спиртового розчину, що містить необхідні кількості інгредієнтів для одержання наступного вмісту їх у каталізаторі (мас. %): хлорид паладію(II) - 0,470,74, нітрат купруму(II) 0,681,10, бромід калію - 0,790,95. Отриману пухку масу сушили в термошафі при нормальному тиску і температурі 110 °C протягом 3 годин. Отриманий каталізатор розміщували в проточному за газом реакторі вертикального типу і випробували при кімнатній температурі і п 3 -1 об'ємній швидкості ГПС (СО со = 300 мг/м ) 19050 год (час контакту - 0,59 с). У таблиці наведені характеристики роботи каталізатора виготовленого запропонованим способом і каталізатора-прототипу. Таблиця 1 Каталізатори Отриманий запропонованим способом Прототип 30 35 Кінцева Початкова Ресурс стабільної концентрація СО у Ступень окиснення концентрація СО у роботи 3 повітрі (мг/м ) після СО, % 3 повітрі (мг/м ) каталізаторів, год очистки 300 10 97 360 300 10 97 180 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 360 годин. Розрахунок показав, що використання природного бентоніту та спрощення технології його попереднього модифікування (скорочення в шість разів, порівняно з каталізатором-прототипом, часу кип'ятіння у азотній кислоті) 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 порівнянні з прототипом. 2 UA 111208 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб отримання каталізатора для очистки повітря від оксиду вуглецю, який полягає в хімічному модифікуванні носія шляхом кип'ятіння в азотній кислоті протягом однієї години та імпрегнуванні водно-спиртовим розчином, що містить у заданих співвідношеннях хлорид паладію(II), нітрат купруму(II) та бромід калію, який відрізняється тим, що як носій використовується природний бентоніт, час його попереднього модифікування - одна година, а кількісне співвідношення компонентів каталізатора дорівнює, мас. %: хлорид паладію(II) 0,47-0,74 нітрат купруму(ІІ) 0,68-1,10 бромід калію 0,79-0,95 носій (кислотно-модифікований бентоніт) решта. 10 Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3