一种Y型-铁酸盐催化剂氧化亚氮分解过程中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种Y型-铁酸盐催化剂氧化亚氮分解过程中的应用，可应用于微波加热或微波等离子体条件下的氧化亚氮分解反应过程。在微波加热或微波等离子体条件下，可以快速实现N2O完全分解。催化剂成本低廉，本发明专利技术可以在涉及到氧化亚氮分解的空间推进或硝酸场尾气处理等工作场合下使用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种Y型-铁酸盐催化剂氧化亚氮分解过程中的应用，可应用于微波加热或微波等离子体条件下的氧化亚氮分解反应过程。在微波加热或微波等离子体条件下，可以快速实现N2O完全分解。催化剂成本低廉，本专利技术可以在涉及到氧化亚氮分解的空间推进或硝酸场尾气处理等工作场合下使用。【专利说明】—种Y型-铁酸盐催化剂氧化亚氮分解过程中的应用
本专利技术涉及微波条件下的氧化亚氮分解催化剂，具体地说是一种Y型-铁酸盐催化剂。
技术介绍
氧化亚氮(N2O)是一种重要的温室气体，其在大气中的含量为319ppbv，在温室气体中排在第三位，仅次于CO2和CH4,但是从温室效应来看，它的温室效应分别是CO2和CH4的310倍和21倍，如果以目前的年增速度(0.18-0.26%)增加，50年之后，N2O的温室效应就会等于CO2的温室效应。此外，N2O是平流层中NOx的主要来源，可发生自由基反应破坏臭氧层，而臭氧层有很强的吸收太阳光中紫外线的能力，能够阻止紫外线对人类的照射，保护人类的安全。最近十余年，随着人们环保意识的不断增强，越来越多的学者开始寻求有效控制N2O向大气排放的方法。其中，在较高温度下直接分解来自氨转换炉等的废气N2O就是一条比较经济、有效的消除方法，该法对催化剂的活性、寿命、高温热稳定性等提出了较高的要求。近年来，N2O作为新型绿色推进剂在航天领域受到了高度重视。N2O是一种独特优越的推进剂:首先，N2O具有较高的贮存密度(745kg/m3)，能够以气体或液体形式长期贮存；其次，具有很高的饱和蒸气压(52atm，20° C)，液态或气态N2O可以依靠自身的蒸气压排出贮存系统，实现自增压，不需要增压设备而使推进系统大大简化；再次，无毒，并且与通用结构材料相容性好，便于系统设计和研制。更为重要的是，N2O可实现多种模式推进:依靠自身蒸气压将N2O气体直接喷出而产生推力的冷气推进(可用于姿态控制)；N20经催化分解产生高温混合气体(63.7%Ν2+36.3%02)的单组元推进(用于轨道保持)；以N2O催化分解产生的高温富氧燃气为氧化剂，与燃料二次点火燃烧的双组元推进(用于变轨)。N2O这种独特的自增压式多模推进兼具冷气、单组元和双组元的比冲特征，推力范围宽，简单灵活，是目前其它推进剂技术所无法比拟的。N2O分解是实现N2O消除和N2O推进的前提和基础。N2O分解反应方程式为:N2O (g) — N2(g)+l/202(g) ( Λ H。κ=_82.5kJ/mol)反应放热强烈，纯N2O绝热分解温度高达1640° C ;热分解反应活化能很高，600° C以下几乎检测不到N2O分解。采用催化剂技术，可以改变反应路径、使N2O在较低的温度下分解、提高反应速度。因此，N2O催化分解是N2O推进的基础和关键技术之一，直接决定这种新概念航天推进技术的工程可行性。总之，无论是在环保领域还是作为航天推进剂使用，良好的低温活性对N2O分解催化剂的基本要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Y型-铁酸盐催化剂及其制备和应用；可以在微波条件下引发和实施氧化亚氮分解过程。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下:一种Y型-铁酸盐催化剂氧化亚氮分解过程中的应用，所述催化剂分子式为Ba2M2Fe12^xAlxO22, X=O-1l ;其可在微波加热或微波等离子体条件下使氧化亚氮完全分解，M为Mg、Co、Ni中的I种、2种或3种。在微波功率为10-900W条件下，在流动反应气氛下进行氧化亚氮分解反应，可快速实现氧化亚氮完全分解。催化剂成本低廉，本专利技术可以在推进剂或氧化亚氮分解工作场合下使用。所述氧化亚氮分解催化剂的制备是通过溶胶凝胶的方法，首先，Ba(NO3)2, Mg(NO3)2.6Η20，Fe (NO3) 3.9Η20和Al (NO3) 3.9Η20在室温下溶于蒸馏水中。然后，加入柠檬酸作为螯合剂，并用(NH4) 2C03维持pH值为6-10，得到均匀透明的溶液。在373K-393K条件下慢慢蒸发得到粘稠状胶体。将凝胶在623-723K下处理3-10小时，使得凝胶中的溶剂从孔内蒸发出来，从而得到固体。最后将此固体，以2-10K/min的升温速率从室温升至1223-1423K，并在此温度下焙烧4-12小时得到含铁的Y型-铁酸盐催化剂。所述金属组分的可溶性盐为氯化物、硝酸盐或醋酸盐。在微波功率为10-900W条件下，在氧化亚氮浓度为10ppm-100%，氧化亚氮气体流速为0.01-50mL/min的条件下进行氧化亚氮分解反应，可实现氧化亚氮完全分解。本专利技术催化剂及反应过程可以在涉及到氧化亚氮分解的空间推进或硝酸场尾气处理等工作场合下使用。本专利技术具有如下优点: 1.成本低廉。本专利技术所采用的原料为价格低廉的过渡金属硝酸盐和磷酸盐，没有贵金属活性组分，大大节约了成本。2.减少分解过程能耗。本专利技术采用微波加热或微波等离子体进行分解反应，缩短了反应时间，降低了反应温度，使能耗降低。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例1-6制备催化剂的XRD图。图2为本专利技术实施例1-6催化剂于微波条件下的氧化亚氮分解反应结果比较图。图3为本专利技术实施例1制备的催化剂于微波加热条件和普通加热条件下的氧化亚氮分解反应结果比较图。图4为本专利技术实施例1及实施例7制备的催化剂于微波加热条件下氧化亚氮分解反应结果比较图。【具体实施方式】实施例1催化剂的制备:本专利技术所涉及的催化剂采用溶胶凝胶的方法制备，并对本专利技术的催化剂的制备作一般性描述。将1.306g硝酸钡、1.28g硝酸镁和12.1g硝酸铁溶于IOOmL蒸馏水中，然后加入0.05摩尔柠檬酸作为螯合剂，并用(NH4)2CO3维持pH值为8，得到透明澄清的溶液。将此溶液在373K-393K下条件下加热， 使液体缓慢挥发得到凝胶。接下来将凝胶在723K下焙烧5小时，得到固体。最后将固体以5K/min的升温速率从室温升至1223K，继续焙烧8小时得到Y型-铁酸盐(记为FAO)。实施例2与实施例1相比较，不同的是铁与铝摩尔比值为5/1，其他物料用量和操作条件与实施例1相同，记为FAl。实施例3与实施例1相比较，不同的是铁与铝摩尔比值为2/1，其他物料用量和操作条件与实施例1相同，记为FA2。实施例4与实施例1相比较，不同的是铁与铝摩尔比值为1/1，其他物料用量和操作条件与实施例1相同，记为FA3。实施例5与实施例1相比较，不同的是铁与铝摩尔比值为1/2，其他物料用量和操作条件与实施例1相同，记为FA4。实施例6与实施例1相比较，不同的是铁与铝摩尔比值为1/5，其他物料用量和操作条件与实施例1相同，记为FA5。实施例7与实施例1相比较，不同的是不含Fe，全部为Al，其他物料用量和操作条件与实施例I相同，制得六铝酸盐催化剂，记为Al。实施例8催化剂的氧化亚氮分解实验:这里以FAO催化剂为例，一般性描述本专利技术中的催化剂的氧化亚氮分解实验。称取0.1g实施例1所获得的催化剂，首先通入Ar气0.5h，然后切换为氧化亚氮与Ar的混合气，气体组成为30%N20+70%Ar，总流量为50mL/min (STP)。启动微波加热装置，并调整不同的微波功率来观察N2O转化效率。具体结果如图2所示，该催化剂在20W -1OOff范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Y型‑铁酸盐催化剂氧化亚氮分解过程中的应用，其特征在于：所述催化剂分子式为Ba2M2Fe12‑xAlxO22，x=0‑11；其可在微波加热或微波等离子体条件下使氧化亚氮完全分解，M为Mg 、Co 、Ni中的1种、2种或3种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱琴，巴凯特，丁李宁，张涛，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21