一种高效制备笑气的方法技术

本发明专利技术公开的一种高效制备笑气的方法，该方法是以NH3、O2、NO为原料气体，以CeO2或TiO2为催化剂载体，以钯、铂、金、镍或其中几种合金为催化剂的活性组分，反应制得。本发明专利技术方法充分利用了钯、铂、金、镍或其合金的催化剂作用和稀土氧化物CeO2以及TiO2助催化作用，通过在原料气体中加入少量NO显著提高笑气转化率。本发明专利技术的催化剂制备简单易操作，且对设备要求低，工艺耗能低，易大批量用于工业生产。尤其是选用Pt‑Ni/TiO2作为催化剂时，其转化率可高达88％，为合成笑气提供了一种新的思路。

An Efficient Method for Preparing Nitrous Gas

The invention discloses an efficient method for preparing laughing gas, which is prepared by reacting NH3, O2, NO as raw material gas, CeO2 or titanium dioxide as catalyst carrier, palladium, platinum, gold, nickel or several alloys as active components of catalyst. The method makes full use of the catalytic action of palladium, platinum, gold, nickel or their alloys and the catalytic action of rare earth oxides CeO 2 and Ti 2, and remarkably improves the conversion of laughing gas by adding a small amount of NO in the raw gas. The preparation of the catalyst of the invention is simple and easy to operate, and has low requirements for equipment, low process energy consumption, and is easy to be used in industrial production in large quantities. Especially when Pt_Ni/titanium dioxide is used as catalyst, its conversion can reach 88%, which provides a new way for the synthesis of laughing gas.

【技术实现步骤摘要】
一种高效制备笑气的方法
本专利技术属于能源、环境与医用材料领域，特别涉及一种高效制备笑气的方法。
技术介绍
本专利技术涉及由NH3、O2、NO制备笑气的方法，并涉及用于制备笑气的合适的催化剂。笑气，也叫一氧化二氮，分子式为N2O，已知主要用作吸入麻醉剂，尤其在牙医师领域有广泛应用。同时，它也广泛地用于工业与军事上，例如作为半导体工业中的清洁剂、火箭燃料的添加剂或作为医药、化妆品或食品工业中的喷雾推进剂(喷射剂)等。笑气由化学家JosephPriestley在1772年首先发现，1799年HumphryDavy、Coleridge和RobertSouthey发现笑气能使病人丧失痛觉，同时保持意识清醒。1844年12月11日，美国牙医HoraceWells首先应用笑气作为牙齿拔除术时的麻醉剂，可有效地消除拔牙时的疼痛感觉和焦虑紧张。1863年，笑气成为通用的麻醉方法。采用笑气吸入进行口腔手术镇痛是一种非常理想的方法，它具有起效迅速、镇痛效果可靠、镇痛作用强而麻醉作用弱、可避免全身麻醉并发症、术后恢复快、对呼吸道无刺激、对心、肺、肝、肾等重要脏器功能无损害等优点。很多国家和地区，为消除口腔手术时患者的紧张焦虑状况，将笑气作为局部麻醉的配合用药而广泛应用，尤其在一般口腔治疗和小手术过程中，例如拔牙、补牙、洁牙、备牙、种植牙等领域。另外，常规胃镜检查是在利多卡因胶浆咽喉表面麻醉下进行，检查过程中患者咽喉不适、恶心、呕吐等普遍存在。虽然无痛胃镜近些年来得到广泛的应用，部分患者对全麻有抵触。而局部麻醉药对部分患者伴有的严重副作用，使得在很多场合不适用，而笑气正好可以克服这些困难，并被临床实验证明。笑气还可以用来做赛车甚至火箭加速器中的助燃剂。使用氮氧加速系统的改装车辆将一氧化二氮送入引擎，遇热分解成氮气和氧气，提高引擎燃烧率，增加速度。利用笑气作助燃剂还可以把火焰原子化的温度达到2900℃，使许多难熔金属化合物达到原子化分解温度，拓展原子吸收光谱法的应用范围。笑气易溶于水而不损坏食品的味道，对食品无害，故在欧美被广泛应用于食品保鲜工业，可使食物长期保持原有风味不变质，提高了保存效果。虽然笑气具有广泛的应用，但是笑气绝大多数依然通过硝酸铵的热分解来进行制备(RomppChemieLexikon，第9版，卷5，1992)，这类方法在US4154806中有描述。然而，硝酸铵的热分解是高度放热反应，且在高温下持续进行会发生爆炸，并且该反应的副反应较多，因此，反应的操作困难，提高了笑气的制备成本。还有一些专利报导了可行的制备笑气的新方法，例如，US4102986也描述了由硝酸铵制备笑气的方法。在该方法中，以氯离子作为催化剂。因为氯离子具有腐蚀性，因此通常要求采用特殊材料，例如镀钛或镀钽的钢作为反应器材料，这相应地增加了成本。专利EP0799792A1，以氧气直接催化氧化氨气以工业规模制备笑气，由于原料成本较为有利，故而是优选的。但该反应使用的铜/氧化锰催化剂XRD衍射角必须满足一定的条件方能有催化活性，制备较麻烦。且其笑气产率最高为78％，310℃时达到，产率较低且温度较高，增加了反应的危险性。专利CN00104166.5公开了一种笑气制备方法，用还原气体氢气，与一氧化氮进行催化还原反应生成笑气，其催化剂主要采用钯/Al2O3催化剂、铂/Al2O3催化剂、铑/Al2O3催化剂、钌/Al2O3催化剂、镧-铁-沸石催化剂和/或铬(II)/SiO2催化剂。由于所采用的载体都为惰性载体，催化活性有待提高。本专利技术公开了一种高效制备笑气的方法，采用金属如钯、铂、金、镍或其合金为活性成分，以氧化铈或二氧化钛为载体的催化剂，利用CeO2/TiO2进一步促进金属的催化作用，可以以NH3、O2、NO为原料催化高效制备笑气。可以极大简化笑气的制备步骤，工艺简便，成本低廉。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高效制备笑气的方法，该方法工艺简单、能耗低、成本低廉，且转化率高。本专利技术的一种高效制备笑气的方法，是以NH3、O2和NO气体为原料，以负载有金属的氧化物为催化剂反应制得；所述的氧化物为CeO2或TiO2，所述的金属选自铂、钯、金、镍中的一种或多种的合金。上述技术方案中，所述的NO气体占原料气体的比例为50-500ppm。通过在原料气体中混入少量NO可以显著提高笑气的产率。所述的催化剂中金属的质量百分比通常为0.1-10％，氧化物的质量百分比为90-99.9％。所述的金属优选采用铂、钯、金、镍中多种的合金。作为优选，所述的催化剂是以TiO2为载体，以铂镍合金为活性成分。更优选的，所述的铂镍合金中铂、镍的摩尔比为0.3-3。通过采用铂镍合金，可在保持产率的同时大幅减少铂的用量，降低催化剂制备成本。所述的TiO2优选为纳米片状。制备笑气时其反应的温度通常为250-325℃，优选温度为275℃。本专利技术方法的反应温度较低，安全性高，能耗低。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的催化剂充分利用了钯、铂、金、镍或其合金的催化剂作用和稀土氧化物CeO2以及TiO2助催化作用，以NH3、O2、NO为原料生产笑气。本专利技术的催化剂制备简单易操作，且对设备要求低，工艺耗能低，易大批量用于工业生产。尤其是选用Pt-Ni/TiO2作为催化剂时，其转化率可高达88％，为合成笑气提供了一种新的思路。附图说明图1为笑气产率随温度的变化关系(其他实验条件同实施例11)。具体实施方式下面结合具体实例对本专利技术做进一步的阐述。本专利技术中所述的CeO2是萤石型结构，其形貌可以是棒状、立方体、微球等，载体TiO2可以为工业P25，锐钛矿TiO2，或金红石TiO2，形貌可以选用片状、八面体、棒。催化剂中CeO2或TiO2的质量百分含量通常为90-99.9％。其余为活性成分，质量百分含量通常为0.1-10％，活性成分的结构通常为0.1-20nm的团簇或纳米晶。其中载体CeO2的制备方法可以是水热法、溶胶凝胶法、或热分解法中的任何一种。TiO2纳米片的制备方法可以为水热法和煅烧法。金属在载体上的负载方法可以为研磨烧结法或浸渍法。实施例1：采用水热法和研磨烧结法制备生产笑气的催化剂：1)把浓度为0.03mol/L的Ce(NO3)3溶液20ml，浓度为6mol/L的NaOH溶液140ml，混合后放入水热釜中，在100℃加热保温24h；获得含有CeO2沉淀的悬浊液；2)用超纯水离心溶液3次后，放入干燥烘箱在60℃下干燥12h；3)将取出的样品用玛瑙研钵研磨成细小颗粒，然后在450℃下热处理3h；4)取制备的棒状CeO2载体990mg，用玛瑙研钵研磨10分钟，得到CeO2载体的细小粉末；5)将20.2mg的乙酰丙酮铂粉末与研磨好的CeO2粉末混合，在玛瑙研钵中研磨30分钟，使之分散均匀，得到混合粉末；6)将混合粉末置于管式炉，先在空气气氛中升温到300℃然后保温4h，再通入H2：Ar＝1：9的混合气体，继续保温300℃，加热2h，最终得到Pt/CeO2负载型催化剂；将制得的催化剂取450mg进行产笑气性能测试，测试条件：1600ppmNH3,5vol％O2,Ar为平衡气体，气体总流量为600sccm，反应最佳温度为275℃。本专利技术催化剂笑气产率达到28％。实施例2：采用水热法和研磨烧结法制备生产笑气的催化剂：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效制备笑气的方法，其特征在于，该方法以NH3、O2和NO气体为原料，以负载有金属的氧化物为催化剂反应制得；所述的氧化物为CeO2或TiO2，所述的金属选自铂、钯、金、镍中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种高效制备笑气的方法，其特征在于，该方法以NH3、O2和NO气体为原料，以负载有金属的氧化物为催化剂反应制得；所述的氧化物为CeO2或TiO2，所述的金属选自铂、钯、金、镍中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的高效制备笑气的方法，其特征在于，所述的NO气体占原料气体的比例为50-500ppm。3.根据权利要求1所述的高效制备笑气的方法，其特征在于，所述的催化剂中金属的质量百分比为0.1-10％，氧化物的质量百分比为90-99.9％。4.根据权利要求1所述的高效制备笑气的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，李成业，楼锦泽，杨杭生，张泽，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33