Спосіб отримання каталізатора для очистки повітря від оксиду вуглецю

Реферат: Спосіб отримання каталізатора для очистки повітря від оксиду вуглецю імпрегнуванням водним розчином, що містить хлорид паладію (ІІ), нітрат купруму (ІІ), бромід калію, пористого носія трепелу. Перед імпрегнуванням трепел кип'ятять протягом 1 години в дистильованій воді, потім промивають дистильованою водою і витримують 3 години в термошафі при 110 °C. UA 68125 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ КАТАЛІЗАТОРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВІТРЯ ВІД ОКСИДУ ВУГЛЕЦЮ UA 68125 U UA 68125 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель стосується каталізаторів, що містять паладій, купрум, галогенід-іон, і може знайти застосування в виробництві засобів індивідуального (респіратори, протигази та ін.) і колективного (приставки до кондиціонерів, установки для забезпечення санітарних норм мікроклімату виробничих приміщень) захисту від отруєння чадним газом (оксидом вуглецю). Оксид вуглецю потрапляє в повітря головним чином при горінні палива, що містить вуглець: теплові станції і печі, що працюють на вугіллі та газі; побутові газові плити; при проведенні зварювальних робіт; роботі двигунів внутрішнього згоряння і реактивних двигунів; від підприємств, що виробляють кокс для металургії і т.п. Оксид вуглецю застосовується при синтезі спиртів, альдегідів, карбонових кислот та ін., де також можливе потрапляння оксиду вуглецю в повітря виробничих приміщень і тому виникає потреба в очистці повітря. Таким чином, з урахуванням погіршення загальної екологічної ситуації, в даний час є дуже актуальною проблема розробки недорогих способів отримання каталізаторів для очистки повітря, що значно поліпшують якість каталізаторів і легко можуть бути застосовані при їх виробництві. Запропонований спосіб отримання каталізатора призначено для поліпшення сорбційних якостей і збільшення терміна роботи каталізаторів очистки повітря від токсичного газу - оксиду вуглецю (CO). Досягнутий рівень техніки в області виготовлення каталізаторів для очищення повітря від оксиду вуглецю характеризуються наступними прикладами. Відомі каталізатори марок АК-62 і АК-64У, які випускаються промислово, і являють собою паладієву чернь, нанесену на оксид алюмінію, зі вмістом паладію, відповідно, 2,4 і 4 мас. % [Активные угли. Эластичные сорбенты. Катализаторы. Осушители. Химические поглотители. Каталог. - Черкассы: НИТЭХИМ, 1996. - 124 с.]. Як показали дослідження, [Ракитская Т.Л., Киосе Т.А., Волкова В.Я. Металлические, оксидные и металлокомплексные катализаторы низкотемпературного окисления монооксида углерода кислородом // Вісн. Одеськ. нац. ун-ту. Хімія. - 2004. - Т. 9, вип. 6-7. - С. 33-45.], каталізатор АК-62 дозволяє в інтервалі температур 288-1 298 К при часі контакту 0,75 с (об'ємна швидкість - 4800 ) протягом більше 60 годин очищати 3 3 газоповітряну суміш (ГПС) з початковою концентрацією СО 300 мг/м до 6 мг/м , тобто досягати ступеня очистки повітря від оксиду вуглецю - 98 %. Однак високий вміст благородного металу паладію робить цей каталізатор надзвичайно дорогим (ціна його складає більш 1500 дол. США за 1 кг [Ракитская Т.Л., Эннан А.А., Волкова В.Я. Низкотемпературная каталитическая очистка воздуха от монооксида углерода. - Одесса: Экология, 2005. - 191 с.]. Відомий каталізатор для очищення повітря від оксиду вуглецю, який застосовують у захисних масках, за патентною заявкою 58-119338 Японія, МКІ В01J2/02; А62D9/00 із пріоритетом 08.01.82 (автор Т. Тамура). Каталізатор отримують нанесенням на активоване вугілля платини або іншого металу платинової групи (рутеній, паладій) з високим вмістом благородного металу (до 10 мас. %). Даний каталізатор дозволяє очищати повітря з початковою 3 3 концентрацією СО 375 мг/м до 6-19 мг/м , тобто досягати ступеня очистки повітря від оксиду -1 вуглецю 95,0-98,3 %, при часі контакту 0,69 с (об'ємна швидкість - 5200 год. ) і температурі 298 К протягом більш ніж 500 годин. Високий вміст металу платинової групи робить цей каталізатор надзвичайно дорогим і веде до значного погіршення співвідношення ціна-якість у порівнянні з попереднім відомим каталізатором АК-62. Відомий каталізатор для очищення повітря від оксиду вуглецю за патентом RU 2267354 МПК В01J23/89 // 31/30; В01D53/62 із пріоритетом 10.01.04 (автори Л.Г. Брук, А.К. Будика, Г.Н. Ворожцов, Ю.М. Голуб, О.Л. Калия, Н.К Куликов, Ю.М. Лужков, І.В. Ошанина, В.В. Сиричко, О.Н. Темкин, І.П. Шеляпин, А.Д. Шепелев), який отримують нанесенням на оксид алюмінію солі паладію (наприклад, хлорид або бромід), солі купруму (наприклад, хлорид, бромід або сульфат) і промотору - фталоціаніновий комплекс заліза або кобальту, а також поліатомното спирту при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: сіль паладію 0,80 - 2,54 сіль купруму 3,09 - 11,79 фталоціаніновий комплекс 0,10 - 1,00 заліза або кобальту (РсМ) поліатомний спирт (наприклад, гліцерин, ети0,50 - 3,00 ленгліколь, диетиленгліколь) оксид алюмінію решта. 3 Даний каталізатор дозволяє очищати повітря з початковою концентрацією СО 300 мг/м до 3 6 мг/м , тобто досягати ступеня очистки повітря від оксиду вуглецю 98,0-99,3 % при часі -1 контакту 0,3 с (об'ємна швидкість 12000 год. ) і температурі 296 К протягом більш ніж 55 годин. 1 UA 68125 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Недоліками каталізатора є складний компонентний склад, високий вміст солі паладію, застосування в якості носія досить дорогого оксиду алюмінію, виробництво якого в Україні відсутнє. Крім того, виготовлення каталізатору 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 (прототип) за патентом України № 31787, опубл. 25.04. 2008 р., Бюл. № 8, МПК В01 J 23/44 (автори Т.Л. Ракитська, Т.О. Кіосе, А.А.-А. Еннан, В.Я. Волкова, А.Г. Волощук), який виготовляється методом імпрегнування (холодного просочення) природного діатоміту - трепелу водним розчином, що містить активні інгредієнти каталізатору, мас. %: хлорид паладію (ІІ) 0,40 - 0,47 нітрат купруму (ІІ) 0,75 - 2,00 бромід калію 0,52 - 1,00 носій (трепел) решта. Недоліками цього каталізатора є те, що для його виготовлення просочувальним розчином імпрегнується необроблений природний трепел, який містить рештки глинистих мінералів, з якими міцно зв'язана частка паладію. Ця міцно зв'язана форма паладію не бере участі у каталітичному процесі. Активним у процесі є паладій, слабко зв'язаний через молекулу води з міцно зв'язаним з поверхнею носія купрумом. Враховуючи велику вартість паладію, існує необхідність у подальшому знижені вмісту солі паладію і більш повному використанні її властивостей. Задачею, на рішення якої спрямована запропонована корисна модель, є спосіб виготовлення каталізатора для очистки повітря від оксиду вуглецю з досягненням наступного технічного ефекту: модифікуванні трепелу, а саме, видаленні глинистих мінералів з поверхні носія (трепелу), що веде до більш повного використання паладію. За рахунок цього досягається вищий ресурс стабільної роботи каталізатора та збільшується його каталітична активність (концентрація СО на виході з запропонованого каталізатора є нижчою, ніж для каталізаторапрототипу) при значному зменшенні кількості паладію в його складі. Поставлена задача вирішується способом отримання каталізатора для очистки повітря від оксиду вуглецю. Він полягає в імпрегнуванні водним розчином, що містить хлорид паладію(II), нітрат купруму(II), бромід калію, пористого носія - трепелу і відрізняється тим, що перед імпрегнуванням трепел кип'ятять протягом 1 години в дистильованій воді, потім промивають дистильованою водою і витримують 3 години в термошафі при 110 °C, а кількісне співвідношення вищевказаних інгредієнтів в отриманому каталізаторі дорівнює, мас. %: хлорид паладію (ІІ) 0,20 - 0,24 нітрат купруму (ІІ) 0,75 - 2,00 бромід калію 0,52 - 1,00 носій (трепел) решта. Здійснюють спосіб наступним чином. Для модифікування носія беруть природний діатоміт - трепел, подрібнюють його до отримання фракції 1-2 мм, заливають дистильованою водою і кип'ятять протягом 1 години. Отриману рідину зливають, трепел промивають на ситі дистильованою водою і розташовують в термошафі, де його витримують протягом 3-х годин при температурі 110 °C. В результаті досягається видалення глинистих мінералів з поверхні носія. Отриманий носій імпрегнують розчином, що містить, г/л: хлорид паладію 4,0 - 4,8 нітрат купруму 15,5 - 41,3 бромід калію 16,5 - 31,8 вода решта. Завдяки тому, що видаляються рештки глинистих мінералів значно більша частина паладію знаходиться в активній формі, що дозволяє зменшити кількість коштовного паладію в розчині, а отже і в каталізаторі, майже вдвічі. 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 приводить до ослаблення хімічних зв'язків у молекулах субстратів і зниження енергії активації при їхньому розриві, відбуваються багатоелектронні окиснювально-відновні реакції в 2 UA 68125 U 5 10 15 20 25 координаційній сфері комплексу каталізатора, при цьому оксид вуглецю окиснюється до діоксиду вуглецю. При роботі каталізатора відбувається "холодне згоряння" оксиду вуглецю на каталізаторі, у результаті чого ГПС очищається 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 полягала в наступному: 2,3 г трепелу (фракція 1-2 мм) імпрегнували 0,6 мл водного розчину, що містить необхідні кількості інгредієнтів для одержання наступного вмісту їх у каталізаторі (мас. %): хлорид паладію 0,20÷0,24, нітрат купруму - 0,75-2,0, бромід калію - 0,52-1,0. Отриману пухку масу сушили в термошафі при нормальному тиску і температурі 105±5 °C протягом 3 годин. Отриманий каталізатор розміщували в проточному по газу реакторі вертикального типу і -1 випробували при кімнатній температурі і об'ємній швидкості ГПС  Cп  300 мг м3  19050 год.  CO    (час контакту - 0,19 с). Проведено понад 100 експериментів з різними концентраціями кожного з інгредієнтів каталізатора. При повторних випробуваннях різниця в активності зразків каталізатора не перевищувала 5 %. Експериментальні результати дослідження властивостей каталізатора виготовленого по пропонованому способу 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. При більш низьких концентраціях інгредієнтів у каталізаторі у порівнянні з зазначеними у формулі корисної моделі, споживчі характеристики каталізатора не дозволяють одержати очікуваний технічний ефект. При більш високій концентрації інгредієнтів у порівнянні з зазначеними у формулі корисної моделі робочі характеристики каталізатора, незважаючи на підвищення концентрації солі паладію, не поліпшуються, що приводить до погіршення для запропонованого каталізатора співвідношення ціна-якість. У таблиці наведені характеристики роботи каталізатора виготовленого запропонованим способом і каталізатора-прототипу. Таблиця Каталізатори Отриманий запропонованим способом Прототип 30 35 Початкова концентрація СО у повітрі 3 (мг/м ) Ресурс Об'ємна Кінцева стабільної швидкість ГПС, концентрація СО роботи -1 3 год. (час у повітрі (мг/м ) каталізаторів, контакту, с) після очистки год. 300 19050(0,19) 4 180 300 19050(0,19) 10 108 З результатів наведених в таблиці видно, що кінцева концентрація оксиду вуглецю на виході з шару каталізатора, виготовленого за запропонованим способом, нижча ніж для прототипу, а ресурс його стабільної роботи збільшено до 180 годин. Розрахунок показав, що в сумарній вартості інгредієнтів запропонованого способу, необхідних для забезпечення робочих характеристик виготовленого каталізатора, частка хлориду паладію складає більш ніж 99 %, тому істотне зменшення його вмісту в порівнянні з каталізатором-прототипом, дозволяє значно знизити вартість каталізатора отриманого запропонованим способом. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб отримання каталізатора для очистки повітря від оксиду вуглецю імпрегнуванням водним розчином, що містить хлорид паладію (ІІ), нітрат купруму (ІІ), бромід калію, пористого носія трепелу, який відрізняється тим, що перед імпрегнуванням трепел кип'ятять протягом 1 години в дистильованій воді, потім промивають дистильованою водою і витримують 3 години в термошафі при 110 °C, а кількісне співвідношення вищевказаних інгредієнтів в отриманому каталізаторі дорівнює, мас. %: 3 UA 68125 U хлорид паладію (ІІ) нітрат купруму (ІІ) бромід калію носій (трепел) 0,20-0,24 0,75-2,00 0,52-1,00 решта. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 4