一种氧化亚氮分解反应催化剂的制备和应用制造技术

技术编号:24740500 阅读:82 留言:0更新日期:2020-07-04 06:38
一种氧化亚氮分解反应催化剂的制备和应用,属于废气的净化处理技术领域。该催化剂包含载体、助剂和活性物质;碱土金属A或/和La的任意一种或几种金属元素的碳酸化合物与Co

Preparation and application of a catalyst for nitrous oxide decomposition reaction

【技术实现步骤摘要】
一种氧化亚氮分解反应催化剂的制备和应用
本专利技术属于一种用于己二酸生产废气的净化处理的催化剂制备方法及应用,具体地说涉及一种金属复合氧化物催化分解N2O及该类型的催化剂的制备方法。可用于己二酸和环己醇以及硝酸生产厂排放的含氮废气的处理。
技术介绍
近几年来由于己二酸市场价格上涨迅速,我国的己二酸装置数量也迅速增加,2016年的年产量已经达到350万吨,几乎占全球产能的一半。而在己二酸生产中,会产生大量的废气,特别是已二酸生产中还会产生数量大且纯度高的一氧化二氮(N2O),N2O是一种重要的温室气体,其增温潜能(GWP)是二氧化碳的310倍,甲烷的21倍,同时也对臭氧层造成巨大的,而在紫外线的作用下也会成为光化学烟雾的构成部分。目前针对己二酸和硝酸废气中的N2O而言,在国内还没有一套成熟的处理工艺,问题主要集中于N2O分解需要的500-900℃的高温,在这一条件下现有的很多催化剂很难保持活性和稳定性,使得无法达到要求的处理效果。专利CN101376107专利技术的负载有金的钴铝复合氧化物具有良好的低温催化N2O分解的性能,但由于其负载的贵金属数量较大,使得其成本过高而且容易中毒,因此很难在工业化中应用;CN102513117中所述的氧化铜-氧化铈复合金属氧化物作N2O分解催化剂,但是我们在应用中发现,在一些酸性气体存在的环境下,会出现活性下降的情况,因此本专利技术开发一种具有高活性高稳定性的氧化亚氮分解催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决己二酸生产装置废气的污染问题,提出一种新型金属氧化物催化剂的制备方法,利用制备的催化剂可以实现400℃以下直接催化分解N2O。该催化剂具有较高的催化活性和稳定性,而且制备过程相对简单,成本低廉,具有工业应用价值。一种N2O催化分解催化剂,其特征在于,为碱土金属A或/和La的任意一种或几种金属元素的碳酸化合物与Co3O4的复合物;金属氧化物中主要活性成分为Co3O4,同时采用碱土金属A如:CsBa等金属碳酸物作为基体,或/和金属La的碳酸物作为基体,协助分散Co3O4并进一步降低成本;其中钴与碱土金属离子摩尔比为Co:A=(0.8~1.2):(0~2.5),钴与镧的摩尔比为Co:La=(0.8~1.2):(0~0.1),A和La不同时为0。本专利技术提出的一种新型N2O催化分解催化剂的制备方法,包括以下步骤:采用共沉淀法制备此催化剂,将碱土金属A或/和金属La的可溶性盐与钴的可溶性盐溶解到水中,制备成金属盐混合溶液,60-70℃的条件下,向金属盐混合溶液中滴加在Na2CO3溶液,边滴加边搅拌,加入时间一般控制在1~1.5小时,加入过程中不断检测pH值,使得pH值在8.5~9.5后停止滴加,将反应后的溶液继续搅拌1h;得到的悬浊液在60-80℃恒温条件下老化1小时以上,并在老化过程中向悬浊液中通入含有5~10%N2O的N2O与N2的混合气体,每升悬浊液每分钟通入50mL混合气体;将所得混合沉淀用水浸泡反复洗涤;将滤出物干燥;最后将样品放入马弗炉内500~600℃焙烧3-8h,得到Co3O4金属氧化物催化剂。将制备的催化剂,填充至固定床石英管反应器中,气压为常压,反应温度为200-450℃,采用程序升温控制器进行控制,每50℃检测一次数据,将含N2O的气体如己二酸废气通入反应管中,经催化反应将废气脱除。如混合气的体积组成为N2O10%,O215%。本专利技术的方法中,所选的溶剂为水,主要的活性成分为Co3O4,载体为SrCO3等碱土尽速碳酸物,助剂为La2(CO3)3·,生产原料为硝酸钴,乙酸锶,硝酸镧。溶解混合温度优选为65℃。本专利技术中,催化剂合成所选的方法是共沉淀法合成,温度优选65℃,搅拌半小时,老化2小时,优选混合沉淀用水反复浸泡洗涤时最终沉淀浸泡时沉淀表面的水珠pH为7~7.3,干燥温度为100℃,维持12小时,焙烧温度优选为550℃,维持6小时。本专利技术方法中,步骤(2)是应用于己二酸废气的处理,所采用的气体比例均按照工业上己二酸生产装置产生的废气来调控,空速为5000-20000h-1,在保证处理效果的基础上增加处理量,减少催化剂用量,最佳反应温度区间是300-400℃。本专利技术的特点在于:(1)在国内首次开发针对己二酸生产中产生的高浓度N2O的分解催化剂,能够直接处理现有的环己醇硝酸氧化工艺装置产生的废气中10%浓度的N2O,有效的减少温室气体的排放;(2)通过对碱土金属的筛选,在保持原有催化活性的基础上,有效降低了催化剂的成本,同时增加了物理性能,可以有效降低成套装置的成本;(3)本专利技术中,N2O直接催化分解为N2和O2,催化剂的起活温度低,且在高温段选择性高,避免使得N2O被氧化为NOx,且该反应为放热反应,通过反应自己放热即可自持。附图说明图1为本专利技术方法制备出的金属氧化物催化剂的X射线衍射图,通过与XRD标准图谱对比(43-1003),可以看到其明显具有Co3O4的特征峰。图2为本专利技术中,实施例1种制备的Co3O4SrCO3的活性评价图,可以发现在300℃条件下即具有催化活性,在350℃即可实现完全分解,比现有的成本相当的催化剂具有更低的催化温度。图3为本专利技术中改变洗涤终点pH后得到的催化剂的催化活性评价图,可以发现最佳的洗涤pH为7~7.3。图4为本专利技术方法中,改变Co3O4和SrCO3配比得到的催化剂的活性评价图。图5为本专利技术方法中,改变Co3O4和La2(CO3)3配比得到的催化剂的活性评价图。图6为本专利技术方法中,固定Co3O4和La2(CO3)3的比例,改变SrCO3用量得到的催化剂的活性评价图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明,但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1:量取1000mL去离子倒入2000mL烧杯中,加入磁力搅拌棒在恒温磁力搅拌器中搅拌加热,设置温度为65℃。加入157g六水合硝酸钴与85g乙酸锶到烧杯中,搅拌溶解均匀;量取1500mL去离子水加入到2000mL烧杯中,加入磁力搅拌棒在恒温磁力搅拌器中搅拌加热,设置温度为65℃,称取157g的无水碳酸钠放入烧杯中;65℃水浴加热搅拌的条件下,搅拌桨转速为400r/min,将沉淀剂Na2CO3溶液逐滴滴加到金属硝酸盐溶液中,混合时间控制为1小时,同时在反应釜通过水浴控制在65℃,调节悬浊液的pH约为9后停止滴加,将混合后的溶液继续搅拌1h;搅拌停止后,在65℃恒温条件下将沉淀老化2h,并在此过程中向悬浊液中以125mL/min的速度通入含有10%N2O的N2O与N2的混合气体;将混合沉淀液用自来水反复洗涤抽滤四次,每次用水量为2600ml,第一次洗涤的搅拌时间为一小时,之后每次洗涤时间为半小时。洗涤至pH=7到pH=7.3之间。将滤出物放入100℃的恒温干燥箱内干燥过夜;将样品放入马弗炉内550℃焙烧4h,得到金属氧化物催化剂Co3O4·SrCO3。将制备的金属氧化物粉末压片研磨,并筛出40-60目的颗粒,称本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种N

【技术特征摘要】
1.一种N2O催化分解催化剂,其特征在于,为碱土金属A或/和La的任意一种或几种金属元素的碳酸化合物与Co3O4的复合物;催化剂中主要活性成分为Co3O4,同时采用碱土金属A如:CsBa等金属碳酸物作为基体,或/和金属La的碳酸物作为基体,协助分散Co3O4并进一步降低成本;其中钴与碱土金属离子摩尔比为Co:A=(0.8~1.2):(0~2.5),钴与镧的摩尔比为Co:La=(0.8~1.2):(0~0.1),A和La不同时为0。


2.权利要求1所述的一种N2O催化分解催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用共沉淀法制备此催化剂,将碱土金属A或/和金属La的可溶性盐与钴的可溶性盐溶解到水中,制备成金属盐混合溶液,60-70℃的条件下,向金属盐混合溶液中滴加在Na2CO3溶液,边滴加边搅拌,加入时间一般控制在1~1.5小时,加入过程中不断检测pH值,使得pH值在8.5~9.5后停止滴加,将反应后的溶液继续搅拌1h;得到的悬浊液在60-80℃恒温条件下老化1小时以上,并在老化过程中向悬浊液中通入含有5~10%N2O的N2O与N2的混合气体,每升悬浊液每分钟通入50mL混合气体;将所得混合沉淀用水浸泡反复洗涤;将滤出物干燥;...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈标华张傑赵铎史红军李英霞陈聚良屈建海陈亚春钟儒学朱子强金保国张军明刘水侠赵瑞冯继伟刘荣鸽梁甫徐宏宁
申请(专利权)人:北京化工大学河南神马尼龙化工有限责任公司平顶山市普恩科技有限公司
类型:发明
国别省市:北京;11

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